流體力學(xué)— 堰流

1、第第8 8章堰流章堰流編制依據(jù)8-1 8-1 堰流的定義及堰的分類堰流的定義及堰的分類8-2 8-2 堰流的基本公式堰流的基本公式8-3 8-3 薄壁堰流薄壁堰流8-4 8-4 寬頂堰流寬頂堰流8-5 8-5 小橋（涵洞）孔徑的水力計(jì)算小橋（涵洞）孔徑的水力計(jì)算目錄目錄8-18-1堰流定義及堰的分類堰流定義及堰的分類一、堰流定義一、堰流定義 無壓無壓緩流緩流越過越過障壁障壁產(chǎn)生的產(chǎn)生的 局部水力現(xiàn)象稱為堰流，障局部水力現(xiàn)象稱為堰流，障壁稱為堰。壁稱為堰。8-18-1堰流定義及堰的分類堰流定義及堰的分類二、堰的分類二、堰的分類 1.據(jù)相對(duì)堰厚據(jù)相對(duì)堰厚 分分/ H薄壁堰薄壁堰67.0H主要用作試

2、驗(yàn)測(cè)流設(shè)備主要用作試驗(yàn)測(cè)流設(shè)備實(shí)用堰實(shí)用堰5 .267.0H8-18-1堰流定義及堰的分類堰流定義及堰的分類寬頂堰寬頂堰105.2H堰的研究范圍堰的研究范圍01 0H當(dāng)當(dāng) ， 逐漸起主要作用，不再屬于堰流的范疇。逐漸起主要作用，不再屬于堰流的范疇。10Hfh8-18-1堰流定義及堰的分類堰流定義及堰的分類TextTextTextText三、堰流計(jì)算特點(diǎn)三、堰流計(jì)算特點(diǎn)22wjvhhg2.按堰寬收縮度 分/b B/1/1b Bb B有側(cè)收縮堰（）無側(cè)收縮堰（）3.按下游水位是否影響堰過流性質(zhì)分按下游水位是否影響堰過流性質(zhì)分自由式堰（不影響）淹沒式堰（影 響8-2 8-2 堰流基本公式堰流基本公式

3、堰流堰流定義定義以薄壁堰為例進(jìn)行推導(dǎo)以薄壁堰為例進(jìn)行推導(dǎo)8-28-2堰流基本公式堰流基本公式從從1212建立伯努利方程建立伯努利方程2220 022 2200222vpvvHgggg式中：式中：02p令令 （作用水頭）（作用水頭）gvHH22000則則02221gHv2102gH8-28-2堰流基本公式堰流基本公式TEXTTEXTTEXTTEXT1.52 20022QA vbegHk bgHbeA 20kHe 令5 . 102 Hgmbkm 令 若將堰上游行近流速若將堰上游行近流速v0的影響納入流量系數(shù)中去考的影響納入流量系數(shù)中去考慮慮,則上式可寫為則上式可寫為1.502Qm bgH5 . 1

4、2000)21 (gHvmm式中：式中： ， 均稱為堰流流量系數(shù)。均稱為堰流流量系數(shù)。0,m m8-28-2堰流基本公式堰流基本公式有側(cè)向收縮有側(cè)向收縮1.51.50022Qm bgHm bgH淹沒式淹沒式1.51.50022QmbgHm bgH1.51.50022QmbgHm bgH上式稱為堰流基本公式，對(duì)薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰都適用。上式稱為堰流基本公式，對(duì)薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰都適用。8-3 8-3 薄壁堰溢流薄壁堰溢流堰口堰口形狀為矩形形狀為矩形矩形堰矩形堰一般適用于一般適用于量測(cè)量測(cè)較大流量較大流量8-3 8-3 薄壁堰溢流薄壁堰溢流流量公式流量公式1.502Qm bgH200.00

5、27(0.405) 1 0.55()HmHHp流量系數(shù)（巴贊公式）流量系數(shù)（巴贊公式）220.00270.4050.031 0.55()cB bHbmHBH pB （）當(dāng)有側(cè)向收縮時(shí)，可修正為當(dāng)有側(cè)向收縮時(shí)，可修正為8-3 8-3 薄壁堰溢流薄壁堰溢流資料的收集資料的收集三角堰三角堰流量公式流量公式 流量系數(shù)流量系數(shù) 2.52sQmgH0.316sm 8-3 8-3 薄壁堰溢流薄壁堰溢流梯形堰梯形堰流量公式流量公式 流量系數(shù)流量系數(shù) 1.52tQmbgH0140.42tm當(dāng)時(shí)，。 自由式溢流自由式溢流 淹沒式溢流淹沒式溢流8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流

6、流量計(jì)算公式流量計(jì)算公式 自由式自由式 淹沒式淹沒式 實(shí)際流體：實(shí)際流體：1.502Qm bgH1.502Qm bgH式中：式中： 一般由經(jīng)驗(yàn)公式確定。一般由經(jīng)驗(yàn)公式確定。進(jìn)口形式,Hpfm385. 0maxm385. 032. 0 m0Hf8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流淹沒標(biāo)準(zhǔn)淹沒標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)當(dāng) 寬頂堰絕對(duì)不會(huì)淹沒。寬頂堰絕對(duì)不會(huì)淹沒。0sphh h 淹沒必要條件淹沒必要條件0sphhh淹沒充分條件淹沒充分條件00.8sphh hH 8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流 圖示為某矩形斷面渠道中的直角進(jìn)口無側(cè)收縮潛水壩。已圖示為某矩形斷面渠道中的直角進(jìn)口無側(cè)收縮潛水壩。已知壩長(zhǎng)知壩長(zhǎng)= =2.

7、5m，壩頂水頭，壩頂水頭H= =0.85m，壩高，壩高 m, ,壩下游水深壩下游水深h= =1.10m，壩寬，壩寬b= =1.28m，試求過壩流量，試求過壩流量 ，取動(dòng)能修正系數(shù)，取動(dòng)能修正系數(shù)= =1.0。0.5pphh 因因 ，故該潛水壩屬于寬頂堰。，故該潛水壩屬于寬頂堰。10, 5 . 294. 2H判別溢流形式判別溢流形式0m6 . 05 . 010. 1pshhh淹沒必要條件滿足，但充分條件淹沒必要條件滿足，但充分條件shHHm68. 085. 08 . 08 . 08 . 00不滿足，故為自由式溢流。不滿足，故為自由式溢流。Q8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流 因因 , ,故由別

8、列津斯基經(jīng)驗(yàn)公式得故由別列津斯基經(jīng)驗(yàn)公式得/0.5883phH 347. 075. 046. 0301. 032. 0HhHhmpp計(jì)算流量計(jì)算流量Q 寬頂堰流量計(jì)算式為高次超越方程，計(jì)算中常寬頂堰流量計(jì)算式為高次超越方程，計(jì)算中常用迭代法求解。用迭代法求解。8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流流量迭代式流量迭代式 1.5212222nnQQmbgHgbHp式中下標(biāo)式中下標(biāo)n為迭代循環(huán)變量，可取初值為迭代循環(huán)變量，可取初值進(jìn)行迭代。進(jìn)行迭代。 00Q8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流 3132330:1.54m /s1:1.65m /s2:1.67m /snQnQnQ 3231%QQQ因因若

9、該計(jì)算誤差小于要求的誤差限值，則過壩流量為若該計(jì)算誤差小于要求的誤差限值，則過壩流量為 331.67m /sQQ8-4 8-4 寬頂堰溢流寬頂堰溢流校核上游流動(dòng)狀態(tài)校核上游流動(dòng)狀態(tài)00.97m/sQvb Hp1267. 00pHgvFr 潛水壩上游水流確為緩流，故上述計(jì)算有效。潛水壩上游水流確為緩流，故上述計(jì)算有效。8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算一、小橋（涵洞）過流現(xiàn)象一、小橋（涵洞）過流現(xiàn)象8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算chh3 . 1chh3 . 1自由式自由式淹沒式淹沒式式中：式中： 為橋孔臨界水深。為橋孔臨界水深。ch8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算

10、小橋孔徑水力計(jì)算三、計(jì)算圖式三、計(jì)算圖式n 自由式自由式n淹沒式淹沒式 1(1)Chhhh 18-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算四、水力計(jì)算原則四、水力計(jì)算原則小橋孔徑計(jì)算原則主要從安全和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮。小橋孔徑計(jì)算原則主要從安全和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮。（安全原則）（安全原則）vv橋下 （保證橋下部沖刷）（保證橋下部沖刷）HH橋前 （保證橋頭路堤不淹沒（保證橋頭路堤不淹沒）Bb 考慮標(biāo)準(zhǔn)孔徑考慮標(biāo)準(zhǔn)孔徑 （經(jīng)濟(jì)原則）（經(jīng)濟(jì)原則）8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算五、設(shè)計(jì)方案五、設(shè)計(jì)方案方案方案2 從從 出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)HHvv8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔

11、徑水力計(jì)算六、計(jì)算步驟六、計(jì)算步驟以從以從 出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)為例（僅講矩形斷面出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)為例（僅講矩形斷面橋孔情況）。橋孔情況）。vv計(jì)算橋孔臨界水深計(jì)算橋孔臨界水深Ch222232()CcvQvhgbgghhc3 . 1自由式過流自由式過流hhc3 . 1淹沒式過流淹沒式過流8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算1cQh vQbh vQhv（自由式）（自由式）（淹沒式）（淹沒式） 鐵路、公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)孔徑一般有鐵路、公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)孔徑一般有4m、5m、6m、8m、12m、16m、20m多種。多種。8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算小橋孔徑水力計(jì)算校核橋前壅水水深校核橋前壅水水深H選取標(biāo)準(zhǔn)孔徑選取標(biāo)準(zhǔn)孔徑B后，需重新判別流動(dòng)形態(tài)。后，需重新判別流動(dòng)形態(tài)。232cQhgB hhc3 . 1自由式自由式hhc3 . 1淹沒式淹沒式8-5 8-5 小橋孔徑水力計(jì)算