水力学SHL9-PPT幻灯片课件.ppt

堰流,第九章,1,堰流定义、分类和基本公式,1,薄壁堰,2,实用断面堰,3,宽顶堰,4,桥孔过流水力计算,5,堰流,闸下出流,6,2,9.1堰流定义、分类和基本公式,3,堰流,无压缓流经障碍壁面溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一水流现象称为堰流。障碍壁面称为堰。障碍壁面对水流的作用，或者是侧向收缩，或者是底坎的约束。研究堰流的目的在于探讨流经堰的流量与堰流其他特征量的关系，分析堰的上、下游水流流态，探求堰的过流能力，从而解决工程中提出的有关水力学问题。,一、堰流的定义,4,堰流,堰流的各项特征量：,5,堰流,二、堰流的分类,薄壁堰,1、的大小：,实用堰,宽顶堰,2、,3、,6,堰流,三、堰流基本公式,1、自由式堰流,2、其它堰流（侧向收缩、淹没）,7,9.2薄壁堰,8,堰流,一、完全堰,定义：无侧收缩，自由式，水舌下通风的矩形薄壁正堰应用：在实用上主要作为一种测量流量的设备。特点：当时，堰顶的厚薄不影响堰流性质,9,堰流,法国人巴赞的经验公式式中的方括号表示行近流速的影响。其应用范围为：,10,堰流,德国人雷布克的经验公式,式中，H以m计，p的单位与H相同；第二项为计及行近流速的影响，当H/p较小时，该影响可以忽略；第三项为计及表面张力的影响，当水头H大时，表面张力的影响可以忽略。实验证明，在,，误差在0.5%以内。在初步设计中，可取。,11,堰流,二、淹没堰,当堰下游水位高于堰顶标高，且堰顶下游发生淹没水跃，使下游高于堰顶的水位逼近堰顶，使堰流以另一种工作方式流动，即形成潜堰，造成淹没堰流.,12,堰流,远驱式水跃,自由堰流,淹没式水跃,淹没堰流,13,堰流,能量方程：,14,堰流,流量公式：,15,堰流,三、侧收缩堰,当时，即堰宽小于引水渠道宽度，堰流发生侧向收缩。在相同b，p和H的条件下，其流量比完全堰要小些。用某一较小的流量系数mc来代替m0，溢流流量公式如下式中,16,堰流,四、三角形薄壁堰,若量测的流量较小，一般改为三角形薄壁堰。三角堰的流量公式为，可用下列公式计算当流量大于三角堰所测量的流量而又不能用无侧收缩矩形堰时，可采用梯形堰。,17,堰流,五、梯形薄壁堰,西波利地堰流公式,18,9.3实用断面堰,19,堰流,一、实用断面堰及分类,实用断面堰主要用作蓄水档水建筑物水坝，或净水建筑物的溢流设备。根据堰的专门用途和结构本身稳定性要求，其剖面可设计成曲线形或多边形。曲线型实用断面堰又可分为非真空堰和真空堰两大类。,20,堰流,当有些建坝材料不适合加工成曲线时，常采用折线多边形,21,堰流,二、实用断面堰计算,自由式：,淹没式：,非真空堰淹没系数,22,9.4宽顶堰,23,堰流,一、自由式无侧收缩,推导：,以水平堰顶为基准面写11及22断面的能量方程令,24,堰流,得设则令则,25,堰流,当p/H3时，直角边缘进口m=0.32；圆进口m=0.36;当0p/H3时，对直角边缘进口对堰顶进口为圆角（r/H0.3，r为圆进口圆弧半径）,26,堰流,当h1=hk时可的到宽顶堰最大流量系数值相应地如果考虑到理想液体经宽顶堰流动，,则以上地数据应小于宽顶堰理论上最大流量系数。,27,堰流,二、淹没式无侧收缩,28,堰流,三、侧收缩,自由式宽顶堰的流量公式为侧收缩系数由实验资料的经验公式：式中，a为墩型系数，矩形边缘,圆形边缘,29,9.5桥孔过流水力计算,30,堰流,一、小桥孔径的水力计算公式,小桥过水情况与宽顶堰相同，一般发生在缓流河道中，由于路基及墩台约束河道过水断面积而引起侧收缩，故可将坎高设计成。当桥下游水深时，为自由式小桥过流。当桥下游水深时，为淹没式小桥过流。,31,堰流,自由式桥孔过流的流速流量计算公式：淹没式时,32,堰流,二、小桥孔径水力计算原则,由水文计算决定设计流量，当此流量流经桥下时，应保证桥下不发生冲刷，即桥孔流速不超过桥下铺砌材料或天然土壤的不冲刷允许流速;同时，桥前壅水水位不大于规范允许值，该值由路肩标高及桥梁梁底标高决定。桥下矩形过水断面的临界水深的计算如下,33,堰流,再将代入当取时，宽顶堰的淹没标准与小桥过水的淹没标准基本上一致当进行设计时，需要根据小桥进口形式，选用有关系数。,34,9.6闸下出流,35,堰流,闸门主要用来控制和调节河流及水库的流量。闸门的过水能力受闸门形式、闸门前水头和下游水位等因素影响。与孔口出流类似，水流自闸下出流，在闸门下游约等于闸门开启高度e的二倍至三倍距离处形成垂直方向收缩，其收缩水深，用表示，称为垂直收缩系数。,36,堰流,收缩断面的水深一般小于下游渠道中的临界水深。闸门下游为缓流，即水深时，则闸下出流必然以水跃形式与下游水位衔接。当大于的共轭水深时，将在收缩断面上游发生水跃，此水跃受闸门的限制，称为淹没水跃，此时闸门下出流为淹没式。否则，形成自由式闸下出流。,37,堰流,一、自由式闸下出流,矩形闸孔的流量公式：,式中:b矩形闸孔宽度H0包括行进流速水头在内的闸前水头流速系数，当闸门底板与水渠道起平时，当闸门底板高于水渠道底时，垂直收缩系数,38,堰流,二、淹没式闸下出流,流量公式：式中，,可参照自由式闸下出流中给出的，值。,=（9-35）,39,堰流