宽顶堰流的水力计算

宽顶堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算 如图所示 水流进入有底坎的堰顶后 水流在垂直方向受到堰坎 边界的约束 堰顶上的过水断面缩小 流速增大 势能转化为动能 同时堰坎前后产生的局部水头损失 也导致堰顶上势能减小 所 以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落 从水力学 观点看 过水断面的缩小 可以是堰坎引起 也可以是两侧横向约 束引起 当明渠水流流经桥墩 渡槽 隧洞 或涵洞 的进口等建筑 物时 由于进口段的过水断面在平面上收缩 使过水断面减小 流 速加大 部分势能转化为动能 也会形成水面跌落 这种流动现象 称为无坎宽顶堰流 仍按宽顶堰流的方法进行分析 计算 一 流量系数 宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度 不同的 进口堰头形状 可按下列方法确定 1 进口堰头为直角 8 22 2 进口堰头为圆角 8 23 3 斜坡式进口 流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取 在公式 8 22 8 23 中为上游堰高 当 3 时 由堰高引 起的水流垂向收缩已达到相当充分程度 故计算时将不考虑堰高变 化的影响 按 3 代入公式计算值 由公式可以看出 宽顶堰的流量系数的变化范围在 0 32 0 385 之 间 当 0 时 0 385 此时宽顶堰的流量系数值最大 比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数 我们可以看到前者比后者大 也就是说实用堰有较大的过水能力 对此 可以这样来理解 实 用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流 其断面上的动水压强小于按 静水压强规律计算的值 即堰顶水流的压强和势能较小 动能和流 速较大 故过水能力较大 宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的 渐变流 其断面动水压强近似按静水压强规律分布 堰顶水流压强 和势能较大 动能和流速较小 故过水能力较小 二 侧收缩系数 宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式 8 21 计算 三 淹没系数 当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时 就成为淹没出流 试验表明 当 0 8 时 形成淹没出流 淹没系数可根据由 表查出 无坎宽顶堰流在计算流量时 仍可使用宽顶堰流的公式 但在计算 中一般不单独考虑侧向收缩的影响 而是把它包含在流量系数中一 并考虑 即 8 24 式中为包含侧收缩影响在内的流量系数 可根据进口翼墙形式及 平面收缩程度查得 表中为引水渠的宽度 为闸孔宽度 为 圆角半径 无坎宽顶堰流的淹没系数可近似由表查得 例例 某进水闸 闸底坎为具有圆角进口的宽顶堰 堰顶高程为 22 0 m 渠底高程为 21 0m 共 10 孔 每孔净宽 8m 闸墩头部为半圆 形 边墩头部为流线形 当闸门全开 上游水位为 25 50m 下 游水位为 23 20m 不考虑闸前行近流速的影响 求过闸流量 解解 1 判断下游是否淹没 22 0 21 0 1 0m 25 50 21 0 4 5m 0 34 0 8 为自由出流 2 求流量系数 0 36 0 01 0 378 3 求侧收缩系数 查表 8 6 得边墩形状系数 0 4 闸墩形状系数 0 45 1 0 2 10 1 0 45 0 4 0 949 0 949 0 378 10 8 1212 76m3 s 例例 8 11 某进水闸 具有直角形的前沿闸坎 坎前河底高程为 100 0m 河水位高程为 107 0m 坎顶高程为 103 0m 闸分两孔 闸墩 头部为半圆形 边墩头部为圆角形 下游水位很低 对溢流无影响 引水渠及闸后渠道均为矩形断面 宽度均为 20m 求下泄流量为 200m3 s 时所需闸孔宽度 解 解 1 107 0 103 0 4m 103 0 100 0 3m 总水头 4 4 104m 2 按公式 8 22 求流量系数 0 32 0 01 0 32 0 01 0 342 因 值与闸孔宽度有关 此时未知 初步假定 0 95 则 16 71m 查表得闸墩形状系数 0 45 边墩形状系数 0 7 1 0 2 2 1 0 45 0 7 0 944 此值