工程流體力學第章堰流和閘孔出流

第7章堰流和閘孔出流學習重點§7-1概述§7-2薄壁堰§7-3實用堰§7-4寬頂堰※§7-5小橋橋孔過流的水力計算※§7-6無壓涵洞的水力計算※§7-7閘孔出流※§7-8泄水建筑物下游的消能與銜接第7章堰流和閘孔出流學習重點：1.堰流及閘孔出流的概念，堰的分類。2.堰流過流能力的基本公式。3.寬頂堰流的水力計算。§7-1概述

堰流 明渠水流受障礙物或建筑物的影響，上游水位雍高，然后水面降落，這種水流從障礙物上溢流至下游的水流現(xiàn)象稱為堰流。 上述建筑物或障礙物稱為堰。堰流：頂部閘門完全開啟，閘門下緣脫離水面，閘門對水流不起控制作用，水流從建筑物頂部自由下泄。閘孔出流：頂部閘門部分開啟，水流受閘門控制而從建筑物頂部與閘門下緣間的孔口流出。一、堰流及閘孔出流的概念1、堰流和閘孔出流的區(qū)別：堰流的水面線是光滑的降落曲線；閘孔出流的上下游水面是不連續(xù)的。由于邊界條件的這種差異，它們的水流特征及過水能力也不相同。2、堰流和閘孔出流的相同點：引起壅水，然后水面降落，是在重力作用下形成的一種水流運動，都是從勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程。都屬于明渠急變流，主要是局部水頭損失。3、堰流和閘孔出流的轉(zhuǎn)化：閘底坎為平頂堰時：

閘孔出流

堰流閘底坎為曲線型堰時

閘孔出流堰流二、堰流及閘孔出流的特征三、堰流的基本特征量堰的幾何要素：b：堰寬B：渠寬

：堰頂厚度P1：上游堰高P2：下游堰高水流的幾何要素：H：堰上水頭v0：行近流速

：堰上總水頭h：下游水深

（一）按δ與H的相對大小分類

薄壁堰：

實用堰：寬頂堰：四、堰流的分類（二）按堰下游水位h對堰的影響分類

自由堰：下游水位較低，不影響堰的出流條件。

淹沒堰：下游水位較高或下游堰高較小，堰頂出流受到頂托作用，影響了堰的過流能力，使流量減小。（三）按B和b的變化分類 有側(cè)收縮堰：B>b。

無側(cè)收縮堰：B=b。四、堰流的分類（四）其他分類 按堰孔形狀可將堰分為矩形堰、三角形堰、梯形堰、曲線形堰等。列堰前斷面與堰頂斷面的能量方程：hc0=kH0。堰流流量公式：五、堰流過流能力的基本公式令m為流量系數(shù)，與堰頂水頭和堰的邊界條件有關。Q＝εσ

mb（2g）1/2H03/2

一、矩形薄壁堰流1、定義：堰口形狀為矩形的薄壁堰。2、薄壁堰用于量測設備時的要求：矩形薄壁堰無側(cè)收縮，自由出流上游渠寬與堰寬相同下游水位低于堰頂堰上水頭H不宜過小，一般H>2.5cm水舌下面的空間應與大氣相通，所以要求下游水位不能太高?！?-2薄壁堰

3、計算公式m0包含行近流速影響在內(nèi)的流量系數(shù)一、矩形薄壁堰流1、定義：堰口形狀為三角形的薄壁堰。2、應用

當測量的流量較小一般用三角形薄壁堰。3、計算公式二、三角形薄壁堰流H≤25cmH>25cm當Q較大而又不能用無側(cè)收縮矩形堰時，常采用梯形堰。三、梯形薄壁堰流令，得實驗研究表明，當時，流量系數(shù)mt不隨H及b變化，且約為0.42?！?-3實用堰一、剖面形狀

折線形

曲線形二、曲線形實用堰（一）曲線型實用堰的剖面形狀合理的剖面形狀應當具有下列優(yōu)點：過水能力大堰面不出現(xiàn)過大的負壓經(jīng)濟、穩(wěn)定

（一）曲線型實用堰的剖面形狀組成：1.上游堰面AB，可垂直或傾斜：2.堰頂溢流段BC：3.下游堰面直線段CD:4.堰面與下游河床相切的反弧段DE:

堰頂曲線BC對水流特性的影響最大，是設計曲線實用堰剖面形狀的關鍵。國內(nèi)外設計堰剖面形狀有許多方法，主要區(qū)別在于曲線段BC如何確定。實際采用的剖面形狀都是按薄壁堰水舌下緣曲線稍加修改而成。（一）曲線型實用堰的剖面形狀實驗倆研究統(tǒng)表明狡，曲朽線型置適用瞧堰的乏流量重系數(shù)聚主要董決定蜓于上固游堰定高與疊設計由水頭紛之比郵P1/Hd、堰頂臨全水頭你與設計姓水頭之萄比0/Hd以及上組游面的薯坡度。（二謝）曲線型刷實用堰懂的流量放系數(shù)側(cè)收縮郵系數(shù)就挽是用來帝考慮邊客墩及閘模墩對過蘇水能力項的影響秀?？捎杉瓜旅娼?jīng)慮驗公式連計算：式中細：n為浸堰孔武數(shù)；H0為堰極頂全召水頭射；為邊墩塵形狀系量數(shù)；為閘違墩形趴態(tài)系護數(shù)。（三摟）側(cè)收縮提系數(shù)實用愁堰的志淹沒詢條件六也是珠下游革水面助高出克堰頂甜和堰編下形話成淹易沒式迫水躍彩。淹勢沒系望數(shù)反帝映下哨游水砌位及毒護坦贈高程叮對過碑水能啦力的璃影響至，當街實用焦堰形碼成淹犧沒出窩流時賢，其嗎淹沒其系數(shù)倍σs塵與堰凝的相偏對淹山?jīng)]深狐度h奶s/巾H有口關（怎其中虎hs震為堰狹的下卡游水叮位高暢出堰識頂?shù)膶腋叨冉^）。（四）曲線香型實投用堰亡的淹紛沒系席數(shù)§7-4寬漢頂堰一.無必側(cè)收縮謠自由式獅寬頂堰工程脂中，丑堰口姑形狀隊一般傘為矩枕形直角進累口：當0梁≤P/沒H≤3當P/窄H＞3棟,m=0.闖32圓角進樣口(r/H≥0.牧2)當0員≤P/箱H≤3當P/H＞3頂，m=0約.36二、硬無側(cè)憤收縮插淹沒以式寬封頂堰水流碗特點淹沒伏標準hs≥0.渠8H0計算公塔式三、側(cè)收淘縮寬頂邀堰自由佛式側(cè)營收縮杜寬頂厭堰的輩流量邀公式功為淹沒式清側(cè)收縮窩寬頂堰※§7-5小追橋橋孔齊過流的鉤水力計懷算（一）自由困出流若h≦1.獸3hc，下橋游水位唯不影響惱橋孔過任流，稱且為橋孔凝自由出盞流。一、小插橋橋孔疑過流的罪水力特陷征（二）淹沒出矩流若h>1椅.3hc，下剛游水例位影擇響橋擺孔過記流，瞞此時逢為橋阻孔淹豪沒出孝流。二、小橋例橋孔堂過流轟的水抄力計乞算1.計翠算臨界場水深2.計弱算小橋屯孔徑自由出遭流，橋勻下河槽榨水深淹沒隆出流淘，橋肅下河弄槽水徒深hc0=h，3.按盟采用的牽標準孔扛徑驗算豆橋孔溫過流浸情況按采用律的標準內(nèi)孔徑B，重移新計鼓算hc，津判別妄橋孔涂出流冰形式廳并計芬算橋桐下河任槽的洪流速v。v應小勢于vma冶x自由陡出流淹沒出瞧流二、誼小橋勇橋孔毛過流保的水槳力計駁算4.計手算橋梁動雍水橋梁壅蒼水水深煤要控制司在規(guī)范英允許的阿范圍內(nèi)琴。自由出壺流淹沒出素流橋前翠壅水灶水深※§7-6無朋壓涵塊洞的蓄水力赤計算一、無混壓涵洞眉的分類按涵采洞進議水口之建筑籌形式鉗不同俊與涵壞前水末頭的錘高低劈燕，水禿流通旬過涵睬洞時置可分脫為無征壓力靠流、渴半壓辰力流撐和壓妻力流闊三種步狀態(tài)隨，相蘿應地桂將涵謝洞分穗為無壓該涵洞杰、半至壓力結(jié)涵洞篩與全判壓力苦涵洞熟。二、無綠壓涵洞赴的水力歐條件設涵前彎水深為樣H，下?lián)嵊嗡顙蔀閔,算涵洞侄洞身凈紙高為h所T，欲實驗得知知，要摟保證為胃無壓涵餃洞，需治滿足以柳下水力雕條件：①下游雙水深小倘于涵洞弟凈高，練即h<hT；②涵洞使的進水辛口建筑穗為普通今型（端桃墻式、尸八字式綿、不抬壺高式）界，涵前鋼水深銀（為洞挖身凈高辭）；進跑水口建猜筑為流旦線形（猾喇叭形欠、抬高能式），決涵前水恢深三、無腎壓涵洞胡的過流厘能力計認算（一）水力怒現(xiàn)象魯?shù)姆质澄鰺o壓涵進洞底坡耳一般為著正坡（i>0座）。平坡乒涵洞相使用茂中易覆在涵飽洞內(nèi)給積水角，影予響路同基穩(wěn)酬定性本，工剩程中紀一般瞇盡量尸避免受采用衫。對于正止坡無壓匪涵洞，旋根據(jù)底挎坡大小撐和長度忠不同，作分以下衛(wèi)三種情君況對水戶力現(xiàn)象編進行分借析。（1貫）緩鎮(zhèn)坡無搖壓涵努洞（i<ic）（2）安臨界坡敬涵洞（i=ic）（3駱）陡江坡無雪壓涵桃洞（i>ic）當涵洞懷坡度過翼小時，樣易使收況縮斷面乖淹沒，放為了避輕免這種返情況，杠工程上紡通常將伯涵洞底釘坡增大錫到等于犯或略大禾于臨界駕坡來解忙決，坡傭度過小表的緩坡華涵洞盡鼻量少采元用。（二）水力瘡計算短涵罷的過兵流能蕉力可附按寬桌頂堰桐計算長涵問的過呈流能做力按袋明渠淺水流聚計算園?！?-7閘昆孔出流一、血底坎丙為寬溉頂堰牛型的懶閘孔睬出流1.識底坎粱為寬贏頂堰坊型閘綠孔自嫩由出駐流的齒水力對計算2.底礎坎為寬濃頂堰型授閘孔淹縱沒出流晉的水力催計算二、底泥坎為曲旺線型實骨用堰的旨閘孔出爆流一、消慨能類型（一校）面流迫式消效能當下游尖水深較址大而且撒比較穩(wěn)衛(wèi)定時，太可采取要一定的問工程措絨施，將待下泄的鋪高速水寬流導向胳下游水村流的上陷層，主乎流與河頑床之間晌由巨大右的底部繳旋滾隔恐開，可元避免高涂速主流光對河床洋的沖刷聚。余能肚主要通底過水舌忽擴散，牌流速分呢布調(diào)整送及底部榮旋滾與盞主流的盟相互作爆用而消版除。※§7-8愉泄水獵建筑娃物下辨游的楊消能謠與銜低接（二）挑流式誕消能利用扭下泄陣水流正所挾妙帶的投巨大圈動能蛇，因禾勢利甜導將蛙水流覺挑射至至遠炕離建扇筑物振的下維