第八章-堰閘出流(zhu-2013)..

1、前進主要內(nèi)容主要內(nèi)容堰流與閘孔出流的判別堰流的分類堰流的基本公式薄壁堰流的水力計算實用堰流的水力計算寬頂堰流的水力計算堰流水力計算實例閘孔出流的基本公式底坎為寬頂堰型的閘孔出流底坎為曲線型實用堰的閘孔出流結(jié)束閘孔出流水力計算實例既能擋水，又能過水的水工建筑物，稱為既能擋水，又能過水的水工建筑物，稱為堰堰。堰堰 流流閘孔出流閘孔出流堰流不受閘門控制堰流不受閘門控制水面為一條光滑的水面為一條光滑的曲線，而閘孔出流曲線，而閘孔出流受閘門的控制水面受閘門的控制水面在閘門處不連續(xù)。在閘門處不連續(xù)。v都是上游壅水，水都是上游壅水，水流在重力作用下運動，流在重力作用下運動，將勢能轉(zhuǎn)化為動能的將勢能轉(zhuǎn)化為動能

2、的過程；過程；v都是急變流，能量都是急變流，能量損失主要是局部水頭損失主要是局部水頭損失。損失。閘孔出流閘孔出流eH00bH00v0 堰流堰流8.1 概述概述堰、閘水流的判別堰、閘水流的判別HeHe堰堰 流流閘孔出流閘孔出流0.75eH0.75eH0.65eH0.65eH返回閘底坎形式堰流的分類堰流的分類堰的堰的外形及厚度外形及厚度不同，其能量損失及過水能力也會不同不同，其能量損失及過水能力也會不同堰高P1堰高P2堰頂厚度堰頂厚度堰頂厚度堰寬b堰頂水頭HHH按按/H分類分類/H0.67 薄壁堰流薄壁堰流0.67/H2.5 實用堰流實用堰流2.5/H Hd時，為真空剖面堰時，為真空剖面堰 當當

3、H 1.33，則，則md = 0.502，行近流速水頭可以略去，即行近流速水頭可以略去，即H0dHd 。式中式中: :b =14 m，孔數(shù)孔數(shù) n = 7；邊墩形狀系數(shù)邊墩形狀系數(shù) Ka= 0.7；半圓閘墩在半圓閘墩在hs/Hd1.33 , ,故為故為高堰，高堰，md= 0.502; 行近流行近流速水頭可以略去。速水頭可以略去。10.735O190 xyC解題步驟解題步驟又因為下游水位低于堰頂，即又因為下游水位低于堰頂，即 hs 0，所以該堰為自，所以該堰為自由出流由出流s= 1。解題步驟解題步驟1721m78m3263m52730.HHd 3. 當上游水位高程當上游水位高程273.5 m 及

4、及270 m 時，計算時，計算該設(shè)計的堰剖面通過的流量該設(shè)計的堰剖面通過的流量 （1）上游水位上游水位273.5 m 時，時， 查表查表8-38-3，用內(nèi)插法得，用內(nèi)插法得0.510m 側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)110.006910.0069 10.20.9296H解題步驟110.00696.70.954 77. 0m7 . 8m3 .263m270d0 HH3 230.51 0.9296 7 14 m 2(10.2 m)6700.7 m sQg （2）上游水位上游水位270.0 m 時，時， 0.482m 此時此時3 230.482 0.954 7 14 m 2(6.7 m)3460m sQg 查

5、表查表8-38-3，用內(nèi)插法得，用內(nèi)插法得又因為下游水位低于堰頂，即又因為下游水位低于堰頂，即 hs 0.2 和和 P1/H 3 b/B 3，取，取P1/H 3 8.4.2 8.4.2 側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)單孔寬頂堰單孔寬頂堰: 多孔寬頂堰：應(yīng)采取邊孔和中孔的加權(quán)平均值多孔寬頂堰：應(yīng)采取邊孔和中孔的加權(quán)平均值 nn )(1式中，式中， = 中孔閘墩收縮系數(shù)，中孔閘墩收縮系數(shù)， b = b ， B = b +2d = 邊墩收縮系數(shù)，邊墩收縮系數(shù)， b = b ， B = b +2dbbb邊墩邊墩邊墩邊墩閘墩閘墩閘墩閘墩B0413bb11BBP0 2H()(). 淹沒條件為：淹沒條件為： hs 0

6、.8H0，淹沒系數(shù)按表淹沒系數(shù)按表8-10確定。確定。0H0P1P2v02H11KKhS波狀水躍波狀水躍hc8.4.3 8.4.3 寬頂堰的淹沒條件及淹沒系數(shù)寬頂堰的淹沒條件及淹沒系數(shù)P2H00P1v02H11KKhS波狀水躍波狀水躍hc 例題1：如圖所示直角進口堰，堰頂厚度=5m，堰寬與上游矩形渠道寬度相同，b=1.28m，求過堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.12m解：（1）判別堰型55.880.85H所以該堰為寬頂堰（2）確定系數(shù)10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.730.81sstshhhPHHH（3）

7、計算流量33222222020.3466 1.2819.60.8522 (1.35 1.28)QQQmbgHgAg前進20202QHHgAQ=1.68m3/s底坎形式：平底板底坎形式：平底板 曲線型實用堰曲線型實用堰閘門形式閘門形式: 平板閘門平板閘門 弧形閘門弧形閘門8.5 8.5 閘孔出流的水力計算閘孔出流的水力計算水力計算任務(wù)水力計算任務(wù)（1）已知閘前水頭，計算不同閘）已知閘前水頭，計算不同閘 孔開度的泄量孔開度的泄量 （2）已知流量，求所需閘孔寬度）已知流量，求所需閘孔寬度 不同閘門類型不同閘門類型 不同底坎型式不同底坎型式 計算主要是確定系數(shù)計算主要是確定系數(shù)平底閘孔出流條件平底閘孔

8、出流條件0.75eH0.65eH曲線型實用堰閘曲線型實用堰閘孔出流條件孔出流條件8.5.1 8.5.1 概述概述8.5.2 閘孔出流的水力特征閘孔出流的水力特征設(shè)收縮水深設(shè)收縮水深hc的躍后水深為的躍后水深為 。 若若 ，則水躍發(fā)生在收縮斷面處或收縮斷面下游。下游水，則水躍發(fā)生在收縮斷面處或收縮斷面下游。下游水深的大小不影響閘孔出流，稱做閘孔自由出流。深的大小不影響閘孔出流，稱做閘孔自由出流。 若若 ，則水躍發(fā)生在收縮斷面上游，水躍旋滾覆蓋了收縮，則水躍發(fā)生在收縮斷面上游，水躍旋滾覆蓋了收縮斷面，稱為閘孔淹沒出流。通過閘孔的流量隨下游水深斷面，稱為閘孔淹沒出流。通過閘孔的流量隨下游水深 的增的

9、增大而減小。大而減小。chchchththth自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流1eH00b1底坎為曲線型實用堰的閘孔出流底坎為曲線型實用堰的閘孔出流閘后水流緊貼堰面下泄，無明顯收縮斷面。多為自由出流。e/H0.100.6150.150.6190.200.6200.250.6220.300.6250.340.6290.400.6300.450.6390.500.6450.550.6500.600.6600.650.6750.700.6900.750.705底坎為寬頂堰或平底平板閘門垂直收縮系數(shù)底坎為寬頂堰或平底平板閘門垂直收縮系數(shù)收縮斷面水深hc小于閘孔開度e,可令2che2為平板閘門的垂直收縮

10、系數(shù)235.000.79940.000.76645.000.74250.000.72055.000.69960.000.67965.000.66270.000.64675.000.63590.000.62795.000.62290.000.620底坎為寬頂堰或平底底坎為寬頂堰或平底弧形閘門的垂直收縮系數(shù)弧形閘門的垂直收縮系數(shù)cos3590 ;00.65ceReH值可按下式計算對堰前斷面對堰前斷面0-0和收縮斷面和收縮斷面c-c列能量方程列能量方程8.5.3 8.5.3 閘孔閘孔出流水力計算出流水力計算 eH00vchchtcc( 0.51) e 2200020000022200220022le

11、t221let:2let12let12vv()v:v()vv():():()cccccccccccccHHhggHHgg HhQAh bh bg HhheeQebgHHeHQbegH 02gHbeQ閘孔自由出流計算公式 稱為流量系數(shù)影響流量系數(shù)的主要因素影響流量系數(shù)的主要因素 He/,2 反映局部水頭損失的影響反映局部水頭損失的影響取決于閘底緣形式、閘門形式等取決于閘底緣形式、閘門形式等無坎寬頂堰型閘孔無坎寬頂堰型閘孔 有底坎的寬頂堰型閘孔有底坎的寬頂堰型閘孔01950. 950850. 2垂直收縮系數(shù)垂直收縮系數(shù)水流經(jīng)閘孔時的流線收縮程度水流經(jīng)閘孔時的流線收縮程度取決于閘門形式，閘孔入口的邊

12、界條件、相對開度取決于閘門形式，閘孔入口的邊界條件、相對開度注意：與堰流不同，閘孔出流中閘墩、邊墩側(cè)收縮影響相對閘門注意：與堰流不同，閘孔出流中閘墩、邊墩側(cè)收縮影響相對閘門產(chǎn)生的垂直收縮可忽略。水頭較高時，可忽略行進流速水頭產(chǎn)生的垂直收縮可忽略。水頭較高時，可忽略行進流速水頭8.5.3 閘孔出流水力計算基本公式閘孔出流水力計算基本公式02sQb eg H過閘流量過閘流量閘寬閘寬閘孔全水頭閘孔全水頭2002VHHg流量系數(shù)流量系數(shù)淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)取決于閘底坎的形式、閘門的類型和閘孔的相對開度e/H值。閘門開啟高度閘門開啟高度返回8.5.4 底坎為平底板型的底坎為平底板型的閘孔出流閘孔出流i1=0

13、KKhtcc流量系數(shù)0.600.176eH平板閘門弧形閘門(0.970.81)(0.560.81)180180eH淹沒系數(shù)02sQbegH 查圖8-27eH0v0hcccv022gRCeH0v0hcht(0.51) eccv022g02gHbeQs ccthHhh 淹沒出流時，淹沒出流時， ,潛流比： cthh 淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)閘孔出流的淹沒系數(shù)閘孔出流的淹沒系數(shù) 當下游水深大于收縮斷面水深的共軛水深，即當下游水深大于收縮斷面水深的共軛水深，即 時，閘孔時，閘孔為淹沒出流。為淹沒出流。南京水利科學(xué)研究所的研究南京水利科學(xué)研究所的研究:淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)s與潛流比與潛流比 ( H )有關(guān)。有關(guān)。c

14、hchth cthh tcchhHhs圖8-2761 8.5.5底坎為曲線型實用堰的閘孔出流底坎為曲線型實用堰的閘孔出流 水流流線在閘前整個深度內(nèi)向閘孔集中，故水流的收縮比平底閘孔充分和完善得多。出閘后水舌在重力作用下緊貼溢流面下泄，不存在明顯的收縮斷面，為自由出流。 (a)(b)底坎為曲線型實用堰的閘孔出流底坎為曲線型實用堰的閘孔出流He02QbegH流量系數(shù)0.650.186(0.250.375)coseeHH平板閘門弧形閘門9060300為平板閘門下緣角度0.6850.19eH例題：矩形渠道中修建一水閘，采用平板閘門，閘底板與渠底齊平，閘孔寬等于3m，已知行近流速v0=0.8m/s，閘前

15、水深H=5m，閘門開啟高度e=1.0m，下游水深ht=3.5m，求過閘流量。解：（1）判別是堰閘出流10.20.655eH故為閘孔出流（2）確定流量系數(shù)0.600.1760.56eH（3）設(shè)下游為自由出流，計算過閘流量3020.56 1 319.6 5.0316.68/QebgHms htHhc22000.855.03219.6VHHmg前進（4）判別出流是否淹沒0.2eH由查表8.7得20.620則收縮斷面水深20.62 10.62chem hc的共軛水深23238( 11)20.628 5.56( 11)2.929.8 0.62ccchqhghm因ht=3.5m，故 ，閘孔為淹沒出流cthh由潛流比 ，查圖8.30得3.52.90.28652.9tcchhHh0.72s所以通過閘孔的流量為0320.72 0.56 1 319.6 5.0312.01/sQebgHms 返回例1：某水庫溢流壩，采用曲線型堰，堰頂厚度為5m，共5孔，每孔凈寬為7m，壩頂設(shè)弧形閘門。試求壩頂水頭H為5m，各孔均勻開啟，開度為1m時，通過閘孔的流量（不計行近流速水頭，下游為自由出流）。解：（1）判別堰型515H所以該堰為實用堰（2）判別堰閘出流10.20.7