流体力学堰流PPT课件.ppt

堰流 第7章 1 7 1堰流的定义及类型 水流受到堰体的阻挡 或者受两侧墙体的约束影响 在堰体上游产生壅水 水流经堰体下泄 这一局部水流现象称为堰流 堰流的能量损失主要是局部水头损失 沿程水头损失可忽略不计 2 堰流的类型 薄壁堰 H 0 67实用堰0 67 H 2 5宽顶堰2 5 H 10 3 7 2堰流的水力计算 对堰前断面及堰顶断面列能量方程式 4 5 一 薄壁堰的水力计算 1 矩形薄壁堰 行近流速水头计入流量系数 适用范围 H 0 025m H P 2 P 0 3m Rehbock公式 6 适用范围 H 0 05 1 24m b 0 2 2m P 0 25 1 13m Bazin公式 7 2 三角形薄壁堰 在H 0 05m Q 0 1m3 s时 宜采用三角形薄壁堰作为量水堰 8 适用范围 90 H 0 05 0 25m Thompson公式 适用范围 90 H 0 25 0 55m 金格公式 9 适用范围 0 5m B 1 2m 0 1m P 0 75m 0 07m H 0 26m 且H B 3 沼知 黑川 渊泽公式 10 二 实用堰的水力计算 实用堰主要用作蓄水又能泄水的挡水建筑物 坝 其剖面可设计成曲线或折线两类 11 真空堰 堰顶曲线低于无侧收缩矩形薄壁堰水舌下缘曲线 水舌脱离堰面 流速大 流量也大 但如果真空值过大 会使堰面产生空蚀破坏 非真空堰 堰顶曲线接近或稍高于无侧收缩矩形薄壁堰水舌下缘曲线 堰顶曲线高出无侧收缩矩形薄壁堰水舌下缘曲线越多 流速越小 对溢流越不利 12 1 曲线型实用堰的剖面形状 13 上游直线AB段 垂直 或倾斜 取决于溢流坝体的强度和稳定要求 反弧段DE 使直线CD与下游河底平滑连接 避免水流冲刷河床 14 堰顶曲线BC对堰流影响最大 是设计曲线型实用堰剖面形状的关键 理想的曲线型实用堰剖面形状与薄壁堰水舌下缘形状吻合 不产生真空 过流能力最大 但实际中不可能完全吻合 原因 水位波动 水舌不稳定 紊动影响 15 实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水舌下缘曲线稍加修改而成 16 WES剖面该剖面用曲线方程表示 便于控制 堰剖面较瘦可节省工程量 堰面压强较理想 负压不大 对安全有利 17 式中 k n取决于堰上游面AB的斜率 当上游面为垂直时k 0 5 n 1 85 Hd为不包括行近流速水头的设计水头 18 堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头Hd 两种极端情况 1 Hd Hmax可保证堰面不出现负压 但HHd 堰面产生较大负压 严重时危及坝安全 19 工程中经常采用 P1 Hd 1 33时 Hd 0 75 0 95 HmaxP1 Hd 1 33时 Hd 0 65 0 75 Hmax 20 2 曲线型实用堰的流量系数 对于不同堰型 流量系数不同 水力设计时 可参考有关文献 对于重要工程需要通过模型试验确定 m m P1 Hd H0 Hd 堰上游面坡度 21 堰上游面垂直的WES剖面 高堰 P1 Hd 1 33m f H0 Hd 不计行近流速水头设计流量系数md 0 502 H0 Hd 1 m md 0 502H0 Hd 1 m mdH0 Hd 1 m md 22 低堰 P1 Hd 1 33 行近流速加大 设计流量系数 23 侧收缩系数用于考虑边墩及闸墩对过水能力影响 溢流坝都有边墩 多孔溢流坝还有闸墩 边墩和闸墩将使水流发生平面收缩 增大了局部水头损失 降低过流能力 3 侧收缩系数 24 实际工程中 实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔 25 侧收缩系数 与闸墩和边墩头部形状 溢流孔数 堰上水头 溢流宽度有关 26 堰下游可为自由出流 过流能力不受下游水位影响淹没出流 过水能力降低当下游水位高过堰顶至某一范围时 堰顶下游水位高于堰顶 堰下游为淹没水跃 过堰水流受下游水位顶托 4 下游水位及下游河床高程对过流能力的影响 27 有侧收缩实用堰淹没出流的流量计算 s 淹没系数 表示淹没出流对过流能力的影响 与hs H0 P2 H0有关 28 hs H0 hs从堰顶算起的下游水深 hs越大 下游水位的顶托作用越大 对过流能力影响越大 P2 H0 P2下游堰高 当下游河床较高 P2 H0较小时 即使下游水位低于堰顶 过堰水流也会受下游河床影响 产生类似的淹没效果 降低过流能力 29 当hs H0 0 15且P2 H0 时 自由出流 当hs H0 0 15或P2 H0 2时 淹没出流 30 三 宽顶堰的水力计算 2 5 H 10时 进口处形成水面跌落 堰顶范围内产生一段近似平行于堰顶的渐变流动 称宽顶堰流 31 有坎宽顶堰流底坎引起水流在垂直方向收缩 无坎宽顶侧向收缩 堰流由于进口水面跌落 产生宽顶堰 例如 当水流进入涵洞或隧洞进口流 施工围堰束窄的河床 经过桥墩之间的水流 32 1 有坎宽顶堰流的水力计算有坎宽顶堰出流会产生垂直 侧向收缩 还受下游水位影响 有坎宽顶堰流水力计算的基本公式为 33 1 流量系数流量系数取决于堰顶进口形式 堰的相对高度P1 H 堰顶入口为直角的宽顶堰 34 堰顶入口为圆弧形的宽顶堰 35 2 侧收缩系数影响侧收缩的主要因素有闸墩和边墩头部形状 闸墩数目 闸墩在堰上相对位置 堰上水头等 36 适用条件 b B 0 2和P1 H 3b B 0 2 取b B 0 2P1 H 3 取P1 H 3 37 单孔宽顶堰 用上述公式计算即可多孔宽顶堰 应采取边孔和中孔的加权平均值 其中 为中孔闸墩收缩系数 B b d 为边墩收缩系数 B b 2 为边墩边缘与堰上游同侧水边线间的距离 38 B b d B b 2 39 3 宽顶堰的淹没影响堰顶水头及进口形式一定 当下游水位逐渐升高 hs 0 75 0 85 H0时 宽顶堰形成淹没出流 过堰水流受到下游水的阻碍 流量减小 淹没系数 s随hs H0增大而减小 40 2 无坎宽顶堰流的水力计算无坎宽顶堰流水力计算的基本公式为 注 为包含侧收缩影响的流量系数 41 流量系数单孔堰 直接查表多孔堰 取中