《流体力学堰流》PPT课件.ppt

,流 体 力 学,教研室：环境与市政工程系水力水文教研室,学习重点：,掌握堰流分类及相关概念；,掌握宽顶堰、薄壁堰和实用堰水力计算；,任务： 计算过流量Q。,依据：,91 概述,一、堰和堰流,堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大；在堰顶上由于水深变小，流线收缩，速度变大，使动能增大；势能转化为动能，水面下跌。 堰流一般从缓流向急流过渡，形成急变流。因此，堰流的水力计算主要是局部阻力，其沿程阻力可忽略。 水流在流过堰顶时，一般在惯性的作用下均会脱离堰（构筑物），在表面张力的作用下，具有自由表面的液流，水流会收缩。,3、堰流的水力特性如下：,研究堰流的主要目的：,探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。,堰流的基本特征量（图9-1）,1.堰顶水头H； 2.堰宽b； 3.上游堰高P、下游堰P1； 4.堰顶厚度； 5.上、下水位差Z； 6.堰前行近流速0。,（图9-1）,（1） 依据堰顶厚度：,二、堰的分类,（2） 依据水流行近堰体的条件：,1 侧收缩堰（bB）；,2 无侧收缩堰（b=B）。,（3） 依据堰与渠道中水流的方向：,（4） 依据堰口的形状：,（5） 依据下游水位是否影响泄流：,92 宽顶堰溢流,小桥过水、无压短涵管、分洪闸、泄水闸等 一般都属于宽顶堰水流计算。,1、水力现象分析：,工程中常见的是第二种宽顶堰,一、自由式无侧收缩宽顶堰,主要特点：进口不远处形成一收缩水深，此收缩水深小于堰顶断面的临界水深，以后形成流线近似平行于堰顶的渐变流，水面在堰尾第二次下降，如图9-2。,1.自由式无侧收缩宽顶堰的流量公式,取1-1，2-2断面写能量方程：,令,则,2.流量系数的计算,别列津斯基（前苏联，1950）根据实验，提出流量系数m的经验公式：,当 时：,直角边缘进口：,直角边缘修圆：,二、侧收缩宽顶堰（bB）,式中：侧向收缩系数， 与相对堰高P/H，相对堰宽b/B，墩头形状（以墩形系数a表示）有关。,A为墩形系数，矩形墩a=0.19，圆弧墩a=0.10,三、淹没式宽顶堰,判别条件: 必要条件：hs0,充分条件：,流量公式：,式中，s为淹没系数。随淹没程度hs/H0的增大而减小，见表9-1。,例：某矩形断面渠道，为引水灌溉修筑宽顶堰（如图）。已知渠道宽B=3m，堰宽b=2m，坎高P=P1=1m，堰上水头H=2m，堰顶为直角进口，单孔，边墩为矩形，下游水深h=2m。试求过堰流量。,解:（1）判别出流形式 hs=h-P=1m0 必要条件, 充分条件,满足淹没溢流必要条件，但不满足充分条件，为自由式溢流。 b B ，有侧收缩。综上所述，本堰为自由溢流有侧收缩的宽顶堰。,（2）计算流量系数m : 堰顶为直角进口，P/H=0.53，则,（3）计算侧收缩系数,（4）计算流量：自由溢流有侧收缩宽顶堰,其中,用迭代法求解Q，第一次取H 0(1)H,第二次近似，取,第三次近似，取,本题计算误差限值定为1%，则过堰流量为Q=Q(3) =8.48m3/s,93 薄壁堰和实用堰溢流,薄壁堰和实用堰虽然堰型和宽顶堰不同，但堰流的受力性质（受重力作用，不计沿程阻力）和运动形式（缓流经障壁顶部溢流）相同，因此具有相似的规律性和相同结构的基本公式。,1、矩形薄壁堰,一、薄壁堰,1）. 基本公式,因水流特点相同，基本公式的结构形式同式。对于自由式溢流,式中m0是计入行近流速水头影响的流量系数，需由实验确定。1898年法国工程师巴赞提出了相关的经验公式。,2）.无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：,m0采用巴赞公式计算：,公式适用范围：b=0.2-2.0m，P=0.24-0.75m，H=0.05-1.24m，式中H、P均以m计。,3）. 有侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：,4.矩形薄壁堰的淹没判别条件（如图）,1）堰下游水位高出堰顶标高，即zH；必要条件,2）在堰下游发生淹没式水跃衔接，即hthc 充分条件,淹没溢流时，不仅堰的过水能力降低，而且下游水面波动较大，溢流不稳定。所以用于测量流量用的薄壁堰，不宜在淹没条件下工作。,2、三角形堰,可分成若干矩形堰，再积分。,设三角形堰的夹角为，自顶点算起的堰上水头为H，将微小宽度db看成薄壁堰流，则微小流量的表达式为,当=900,H=0.050.25m时，由实验得出m0=0.395，于是,当=900,H=0.250.55m时，另有经验公式,式中H为自堰口顶点算起的堰上水头