实用堰水力计算公式

1、实用堰水力计算公式游水位较低水流在流出堰顶时将产 生第二次跌落4 不可忽略同一堰当堰上水头 H 较大时视为实用堰当堰上水头较小时视为 宽顶堰§ 8-2 堰流的基本方程以宽顶堰为例来推求堰流的基本方程取渐变流断面 1-1C-C近似假设渐变流以堰顶为基准面列两断面能量方程作用水头与 H 有关引入一修正系数 k 则机修正系数 k 取决于堰口的形状和 过流断面的变化代入上式整理得式中堰宽流速系数流量系数适用堰流无侧向收缩注堰流存在侧向收缩或堰下游水位对堰流的出水能力产生影响 时可对此公式进行修正§ 8-3 薄壁堰一分类矩形薄壁堰较大流量按堰口形状 三角形薄壁堰较小流量梯形薄壁堰较大

2、流量1 矩形薄壁堰的自由出流在无侧向收缩的影响时其流量公式为 上式为关于流速的隐式方 程了两边均含有流速一般计算法进行计算较复杂于是为计算简便将 上式改写成已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数的确定矩形薄壁 8 的流量系数由 1898 年法国工程师 Basin 提出经验公 式为式中堰上水头 m 上游堰高 m适用条件2当流量较小时堰上水头较小时采用三角形薄壁堰公式取微元则流量表达式为设为处水头则由几何关系代入式得积分得当时实验得于是当时经验公式为式中以顶点为起点的堰上水头 m流量公式适用条件薄壁堰水面四周均为大气必要时设通气管与 大气相通 无侧向收缩的影响 堰流为自由出流薄壁堰是测量渠道流量的装置注

3、意水面与大气相通避免形成淹没式水流§ 8-4 实用堰一实用堰12 曲线形实用堰折线形实用堰3与实用堰的具体曲线类型有关也与堰上水头有关般曲线型的实用堰可取 折线型实用堰可取三实用堰所受影响1 淹没式出流当堰下游水位超过堰顶标高时即 淹没式出流公式设为淹没系数与淹没程度有关淹没式实用堰的 流量公式为 具体见 P169 表 8-12堰宽堰上游渠道 过堰水流发生侧向收缩泄流能力减小 用侧面收缩系数表示堰流流量为侧面收缩系数一般取值§ 8-5 宽顶堰一自由出流1 直角形 按进口纵剖面的形式 圆弧形 阻力泄流能力不同流量系数 不同斜角形2 流量系数取决于堰口的类型和相对堰高 的经验公

4、式和经验数据如下矩形直角进口宽顶堰当时当时矩形圆弧进口宽顶堰当时当时二淹没式出流下游水位高于堰顶且使堰顶水流由急流变缓流1 特点过堰水流水位下游水位水流由急流缓流充分条件 堰过水能力下降2 淹没式堰流的充分条件是3 计算公式淹没系数取值范围见 P171 表 8-2三侧向收缩的影响1 A 流道断面面积变化水流在惯性的作用下流线发生弯曲产生附 加的局部阻力造成过流能力降低其影响用收缩系数表示2自由出流收缩系数与堰宽和渠道的比值边墩的进口形状及进口断面变化 有关的经验公式为 墩形系数矩形边缘圆形边缘例 8-1 见 P171§ 8-6 小桥孔径的水力计算 具有侧向影响造成局部阻力 桥孔前水位

5、整齐桥孔内流速增加造成第一次水面跌落 桥孔后流速减小产生局部阻力造成第二次水面跌落2水流在缓流河道中由于桥墩或桥的边墩侧向收缩使水流过水断 面减小造成的3 分类自由出流淹没出流二自由出流12一般桥的下游水深桥下渠道的临界水深桥下水深对于矩形桥进口断面把代入上式得3列 1-12-2 能量方程式中令 垂直收缩系数具体数据由小桥进口形状而定平滑进口非平滑进口流速小桥考虑侧向收缩 侧向收缩系数 小桥孔径流速系数与侧面收缩系数数据见 P174 表 8-3 三淹没出流1 淹没出流当小桥下游水深时下游水位将影响桥的过水能力此流 动成为淹没出流2 特点 下游小桥水面上只发生一次跌水3 计算公式例 8-2 见

6、0174堰流 明渠缓流溢过建筑在渠道中的障碍物的流动障碍物称为堰 在工程中障碍物为坝桥涵溢流设备等它们使上游水位壅高对堰流起 侧向收缩和底坎约束的作用明渠急流流过障碍物产生不同于堰流的 水力现象当流经侧收缩段时发生冲击波 堰流主要研究水流流经堰的流量 与其他特征量的关系表示堰流特 征量除流量外尚有堰宽即水流漫过堰顶宽度堰顶水深即堰上游水位 在堰顶上的最大超高堰壁厚度和它的剖面形状下游水深及下游水位 高出底坎的高度为堰高为堰下游坎高 0为趋近流速如图 堰流 所示 堰的分类 根据堰壁的相对厚度的大小分为薄壁堰 067 实用断 面堰 067 25 和宽顶堰 25 10 按上游渠宽对过堰水流的收缩作用

7、分为上游渠宽大于堰宽的有侧收缩堰时的无侧收缩堰按下游水位对过堰水流的淹没作用分为自由堰流和淹没堰流当一定流量流经堰时若下游水位较低 0 下游水位不影响上游水位称为自由堰流若下游 水位较高 >0 下游水位影响上游水位称为淹没堰流流量计算 堰流流量公式为 0648-01 或 0648-02 式中 2 为堰流流量系数与堰的进口尺寸和有关一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰通过实验求得经验公式或数据为计及趋近流速水头 2kg2的流量系数为侧收缩系数与引水渠及堰的尺寸有关亦由实验求得当无侧收缩时 1 为淹没系数一般分别按薄壁堰实用断面堰和宽顶堰由实验求出 kg1 与的关系当为自由堰流时 1 为重力加速度薄壁堰 主要用作量测流量的设备在距离堰壁上游三倍以上水头的地方测出水头可直接计算流量堰口为矩形的无侧收缩自由薄壁堰的流量公式为0648-03堰口为直角三角形的流量公式为14 适用范围为 2 3 4实用断面堰 主要作为蓄水挡水构筑物的溢流坝和净水构筑物的 溢流设备用途较广形式多样低溢流堰的堰身断面常为折线形而用混 凝土修筑的中高溢流堰的堰身则做成适合水流情况的曲线形 流量系 数根据堰顶剖面外形而采取不同值沿用较广的克 - 奥曲线型剖面适用 于35 的高堰流量系数 049美国 WES标准剖面其设计水头的流量 系数 0502 实验流量