水力學(xué)課件SHL9

1、堰流定義、分類(lèi)和基本公式堰流定義、分類(lèi)和基本公式1薄薄 壁壁 堰堰2實(shí)用斷面堰實(shí)用斷面堰3寬頂堰寬頂堰4橋孔過(guò)流水力計(jì)算橋孔過(guò)流水力計(jì)算5 堰堰 流流閘下出流閘下出流6堰流堰流 無(wú)壓緩流經(jīng)障礙壁面溢流時(shí)，上游發(fā)生壅水，然后水面降落，這一水流現(xiàn)象稱為堰流。障礙壁面稱為堰。障礙壁面對(duì)水流的作用，或者是側(cè)向收縮，或者是底坎的約束。 研究堰流的目的在于探討流經(jīng)堰的流量與堰流其他特征量的關(guān)系，分析堰的上、下游水流流態(tài)，探求堰的過(guò)流能力，從而解決工程中提出的有關(guān)水力學(xué)問(wèn)題。一、堰流的定義一、堰流的定義堰流堰流堰流的各項(xiàng)特征量：堰流的各項(xiàng)特征量：行近流速上游渠道寬堰下游水深堰上下游坎高堰上水頭堰頂厚度水漫過(guò)

2、堰頂?shù)膶挾妊邔?,vBhppHb堰流堰流二、堰流的分類(lèi)二、堰流的分類(lèi)薄壁堰薄壁堰67.0H1、 的大小：H實(shí)用堰實(shí)用堰5 . 267. 0H寬頂堰寬頂堰105 . 2H淹沒(méi)式堰流自由式堰流2、側(cè)向堰流無(wú)側(cè)向堰流3、堰流堰流三、堰流基本公式三、堰流基本公式1、自由式堰流gHpBb重力：）液體力學(xué)特性：）幾何量（特征量）：）3,2,15 . 102 HgbmQ 2、其它堰流（側(cè)向收縮、淹沒(méi)）,0m5 . 122,),(bHggHBbpHgpBbHfQ堰流堰流一、完全堰一、完全堰 定義：定義：無(wú)側(cè)收縮，自由式，水舌下通風(fēng)的矩形薄壁正堰 應(yīng)用：應(yīng)用：在實(shí)用上主要作為一種測(cè)量流量的設(shè)備。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：當(dāng)

3、 時(shí)，堰頂?shù)暮癖〔挥绊懷吡餍再|(zhì)0.67H堰流堰流 法國(guó)人巴贊的經(jīng)驗(yàn)公式式中的方括號(hào)表示行近流速的影響。其應(yīng)用范圍為： 020.0027(0.405)1 0.55() HmHHp0.22( )bm0.241.13( )pm0.051.24( )Hm, 堰流堰流 德國(guó)人雷布克的經(jīng)驗(yàn)公式00.00070.4030.053HmpH 式中，H以m計(jì)，p的單位與H相同；第二項(xiàng)為計(jì)及行近流速的影響，當(dāng)H/p較小時(shí)，該影響可以忽略；第三項(xiàng)為計(jì)及表面張力的影響，當(dāng)水頭H大時(shí)，表面張力的影響可以忽略。 實(shí)驗(yàn)證明，在 , , ，誤差在0.5%以內(nèi)。在初步設(shè)計(jì)中，可取 。 0.101.0( )pm2.460( )Hm

4、, 1Hp00.42m 堰流堰流二、淹沒(méi)堰二、淹沒(méi)堰 當(dāng)堰下游水位高于堰頂標(biāo)高，且堰頂下游發(fā)生淹沒(méi)水躍，使下游高于堰頂?shù)乃槐平唔敚寡吡饕粤硪环N工作方式流動(dòng)，即形成潛堰，造成淹沒(méi)堰流.堰流堰流KZZ 遠(yuǎn)驅(qū)式水躍自由堰流KZZ 淹沒(méi)式水躍淹沒(méi)堰流KZZ 淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)：堰流堰流計(jì)計(jì) 算算 ZK 1hpHZK1812311 hhhhkHmgbgHbmgbQhk32032322032222能量方程：能量方程：gvhpH221213201212212hHmhghbQhKkZpHmhHmh代入式中，求得和將),(),(010堰流堰流5 . 102 HgbmQ流量公式：巴贊經(jīng)驗(yàn)公式0mHzp2 . 0105

5、. 1堰流堰流三、側(cè)收縮堰三、側(cè)收縮堰5 . 12 HgbmQc 當(dāng) 時(shí)，即堰寬小于引水渠道寬度，堰流發(fā)生側(cè)向收縮。在相同b，p和H的條件下，其流量比完全堰要小些。用某一較小的流量系數(shù)mc來(lái)代替m0，溢流流量公式如下 式中bB220.0027(0.4050.03)1 0.55() () cBbbHmHBBHp堰流堰流四、三角形薄壁堰四、三角形薄壁堰5 . 2MHQ 時(shí)，當(dāng)25. 005. 090H47.20154.0HQ 若量測(cè)的流量較小，一般改為三角形薄壁堰。三角堰的流量公式為 ，可用下列公式計(jì)算 當(dāng)流量大于三角堰所測(cè)量的流量而又不能用無(wú)側(cè)收縮矩形堰時(shí)，可采用梯形堰。堰流堰流五、梯形薄壁堰五

6、、梯形薄壁堰5 . 15 . 105 . 25 . 102222HgbmHgbgbMHmMHHgbmQt西波利地堰流公式 1.51.530.4221.86(/ )QbgHbHms堰流堰流一、實(shí)用斷面堰及分類(lèi)一、實(shí)用斷面堰及分類(lèi) 實(shí)用斷面堰主要用作蓄水檔水建筑物水壩，或凈水建筑物的溢流設(shè)備。根據(jù)堰的專門(mén)用途和結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定性要求，其剖面可設(shè)計(jì)成曲線形或多邊形。 曲線型實(shí)用斷面堰又可分為非真空堰和真空堰兩大類(lèi)。堰流堰流 當(dāng)有些建壩材料不適合加工成曲線時(shí)，常采用折線多邊形堰流堰流5 .102HgbmQ二、實(shí)用斷面堰計(jì)算二、實(shí)用斷面堰計(jì)算自由式：淹沒(méi)式：5 .102HgbmQ001HbHa0.050.2

7、00.300.400.500.600.700.800.900.950.9750.9950.9970.9850.9720.9570.9350.9060.8560.7760.6210.4700.3190.100 非真空堰淹沒(méi)系數(shù)非真空堰淹沒(méi)系數(shù)H堰流堰流一、自由式無(wú)側(cè)收縮一、自由式無(wú)側(cè)收縮推導(dǎo)：推導(dǎo)： 以水平堰頂為基準(zhǔn)面寫(xiě)11及22斷面的能量方程 令22210 0222a vavvHhggg20 001,2a vHHga堰流堰流5 . 102HgmbQ 5 .10121HgbkkbvhAvQ得設(shè) 則 令 則10hKH102 ()vg Hh012vkgH1mkk堰流堰流 當(dāng) p/H 3時(shí)，直角邊緣進(jìn)

8、口m=0.32；圓進(jìn)口m=0.36; 當(dāng)0p/H 3時(shí)，對(duì)直角邊緣進(jìn)口 對(duì)堰頂進(jìn)口為圓角（r/H0.3，r為圓進(jìn)口圓弧半徑）30.320.010.460.75pHmpH30.360.011.2 1.5pHmpH堰流堰流 當(dāng)h1=hk時(shí)可的到寬頂堰最大流量系數(shù)值相應(yīng)地 如果考慮到理想液體經(jīng)寬頂堰流動(dòng)， , 則以上地?cái)?shù)據(jù)應(yīng)小于寬頂堰理論上最大流量系數(shù) 。2120212hkH3222111212mkk123k 210.38533m 堰流堰流二、淹沒(méi)式無(wú)側(cè)收縮二、淹沒(méi)式無(wú)側(cè)收縮5 .102HgmbQHph8 . 0充分條件：堰流堰流三、側(cè)收縮三、側(cè)收縮 自由式寬頂堰的流量公式為 側(cè)收縮系數(shù)由實(shí)驗(yàn)資料的

9、經(jīng)驗(yàn)公式： 式中，a為墩型系數(shù)，矩形邊緣 , 圓形邊緣 1.502QbmgH1.502QbmgH431(1)0.2abbBBpH 0.19a 0.1a 堰流堰流一、小橋孔徑的水力計(jì)算公式一、小橋孔徑的水力計(jì)算公式 小橋過(guò)水情況與寬頂堰相同，一般發(fā)生在緩流河道中，由于路基及墩臺(tái)約束河道過(guò)水?dāng)嗝娣e而引起側(cè)收縮，故可將坎高設(shè)計(jì)成 。 當(dāng)橋下游水深 時(shí)，為自由式小橋過(guò)流。 當(dāng)橋下游水深 時(shí)，為淹沒(méi)式小橋過(guò)流。1.3khh1.3khh0pp堰流堰流自由式橋孔過(guò)流的流速流量計(jì)算公式： 淹沒(méi)式時(shí) 02 ()kvg Hh02 ()kkQAvb hg Hh02 ()vg Hh02 ()Qbhg Hh堰流堰流二、

10、小橋孔徑水力計(jì)算原則二、小橋孔徑水力計(jì)算原則 由水文計(jì)算決定設(shè)計(jì)流量，當(dāng)此流量流經(jīng)橋下時(shí)，應(yīng)保證橋下不發(fā)生沖刷，即橋孔流速不超過(guò)橋下鋪砌材料或天然土壤的不沖刷允許流速;同時(shí)，橋前壅水水位不大于規(guī)范允許值，該值由路肩標(biāo)高及橋梁梁底標(biāo)高決定。 橋下矩形過(guò)水?dāng)嗝娴呐R界水深的計(jì)算如下232()kaQhbg堰流堰流 再將 代入 當(dāng)取 時(shí) ， 寬頂堰的淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)與小橋過(guò)水的淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)基本上一致 當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)小橋進(jìn)口形式，選用有關(guān)系數(shù)。1.502Qm bgH3202kham H0.34,1.0ma000.80.6141.3khHH堰流堰流 閘門(mén)主要用來(lái)控制和調(diào)節(jié)河流及水庫(kù)的流量。閘門(mén)的過(guò)水能力受閘門(mén)形

11、式、閘門(mén)前水頭和下游水位等因素影響。 與孔口出流類(lèi)似，水流自閘下出流，在閘門(mén)下游約等于閘門(mén)開(kāi)啟高度e的二倍至三倍距離處形成垂直方向收縮，其收縮水深 ，用 表示， 稱為垂直收縮系數(shù)。cheche堰流堰流 收縮斷面的水深 一般小于下游渠道中的臨界水深 。閘門(mén)下游為緩流，即水深 時(shí)，則閘下出流必然以水躍形式與下游水位銜接。當(dāng) 大于 的共軛水深 時(shí)，將在收縮斷面上游發(fā)生水躍，此水躍受閘門(mén)的限制，稱為淹沒(méi)水躍，此時(shí)閘門(mén)下出流為淹沒(méi)式。否則，形成自由式閘下出流。chkhkhhhchch堰流堰流一、自由式閘下出流一、自由式閘下出流矩形閘孔的流量公式： 002 ()2 ( )ccQbhg Hhbeg He式中: b 矩形閘孔寬度 H0 包括行進(jìn)流速水頭在內(nèi)的閘前水頭 流速系數(shù)，當(dāng)閘門(mén)底板與水渠道起平時(shí)， 當(dāng)閘門(mén)底板高于水渠道底時(shí)， 垂直收縮系數(shù)0.9595. 085. 0堰流堰流二、淹沒(méi)式閘下出流二、淹沒(méi)式閘下出流流量公式： 式中， ,可參照自由式閘下出流中給出的 ， 值。02 ()yQbeg Hh02 ()ybeg Hh