第八章堰闸出流(zhu,2013)

1、前进主要内容主要内容堰流与闸孔出流的判别堰流的分类堰流的基本公式薄壁堰流的水力计算实用堰流的水力计算宽顶堰流的水力计算堰流水力计算实例闸孔出流的基本公式底坎为宽顶堰型的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流结束闸孔出流水力计算实例既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰堰。堰堰 流流闸孔出流闸孔出流堰流不受闸门控制堰流不受闸门控制水面为一条光滑的水面为一条光滑的曲线，而闸孔出流曲线，而闸孔出流受闸门的控制水面受闸门的控制水面在闸门处不连续。在闸门处不连续。v都是上游壅水，水都是上游壅水，水流在重力作用下运动，流在重力作用下运动，将势能转化为动能的将势能转化为动能

2、的过程；过程；v都是急变流，能量都是急变流，能量损失主要是局部水头损失主要是局部水头损失。损失。闸孔出流闸孔出流eH00bH00v0 堰流堰流8.1 概述概述堰、闸水流的判别堰、闸水流的判别HeHe堰堰 流流闸孔出流闸孔出流0.75eH0.75eH0.65eH0.65eH返回闸底坎形式堰流的分类堰流的分类堰的堰的外形及厚度外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同不同，其能量损失及过水能力也会不同堰高P1堰高P2堰顶厚度堰顶厚度堰顶厚度堰宽b堰顶水头HHH按按/H分类分类/H0.67 薄壁堰流薄壁堰流0.67/H2.5 实用堰流实用堰流2.5/H Hd时，为真空剖面堰时，为真空剖面堰 当当

3、H 1.33，则，则md = 0.502，行近流速水头可以略去，即行近流速水头可以略去，即H0dHd 。式中式中: :b =14 m，孔数孔数 n = 7；边墩形状系数边墩形状系数 Ka= 0.7；半圆闸墩在半圆闸墩在hs/Hd1.33 , ,故为故为高堰，高堰，md= 0.502; 行近流行近流速水头可以略去。速水头可以略去。10.735O190 xyC解题步骤解题步骤又因为下游水位低于堰顶，即又因为下游水位低于堰顶，即 hs 0，所以该堰为自，所以该堰为自由出流由出流s= 1。解题步骤解题步骤1721m78m3263m52730.HHd 3. 当上游水位高程当上游水位高程273.5 m 及

4、及270 m 时，计算时，计算该设计的堰剖面通过的流量该设计的堰剖面通过的流量 （1）上游水位上游水位273.5 m 时，时， 查表查表8-38-3，用内插法得，用内插法得0.510m 侧收缩系数侧收缩系数110.006910.0069 10.20.9296H解题步骤110.00696.70.954 77. 0m7 . 8m3 .263m270d0 HH3 230.51 0.9296 7 14 m 2(10.2 m)6700.7 m sQg （2）上游水位上游水位270.0 m 时，时， 0.482m 此时此时3 230.482 0.954 7 14 m 2(6.7 m)3460m sQg 查

5、表查表8-38-3，用内插法得，用内插法得又因为下游水位低于堰顶，即又因为下游水位低于堰顶，即 hs 0.2 和和 P1/H 3 b/B 3，取，取P1/H 3 8.4.2 8.4.2 侧收缩系数侧收缩系数单孔宽顶堰单孔宽顶堰: 多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值多孔宽顶堰：应采取边孔和中孔的加权平均值 nn )(1式中，式中， = 中孔闸墩收缩系数，中孔闸墩收缩系数， b = b ， B = b +2d = 边墩收缩系数，边墩收缩系数， b = b ， B = b +2dbbb边墩边墩边墩边墩闸墩闸墩闸墩闸墩B0413bb11BBP0 2H()(). 淹没条件为：淹没条件为： hs 0

6、.8H0，淹没系数按表淹没系数按表8-10确定。确定。0H0P1P2v02H11KKhS波状水跃波状水跃hc8.4.3 8.4.3 宽顶堰的淹没条件及淹没系数宽顶堰的淹没条件及淹没系数P2H00P1v02H11KKhS波状水跃波状水跃hc 例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度=5m，堰宽与上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.12m解：（1）判别堰型55.880.85H所以该堰为宽顶堰（2）确定系数10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.730.81sstshhhPHHH（3）

7、计算流量33222222020.3466 1.2819.60.8522 (1.35 1.28)QQQmbg HgAg前进20202QHHgAQ=1.68m3/s底坎形式：平底板底坎形式：平底板 曲线型实用堰曲线型实用堰闸门形式闸门形式: 平板闸门平板闸门 弧形闸门弧形闸门8.5 8.5 闸孔出流的水力计算闸孔出流的水力计算水力计算任务水力计算任务（1）已知闸前水头，计算不同闸）已知闸前水头，计算不同闸 孔开度的泄量孔开度的泄量 （2）已知流量，求所需闸孔宽度）已知流量，求所需闸孔宽度 不同闸门类型不同闸门类型 不同底坎型式不同底坎型式 计算主要是确定系数计算主要是确定系数平底闸孔出流条件平底闸

8、孔出流条件0.75eH0.65eH曲线型实用堰闸曲线型实用堰闸孔出流条件孔出流条件8.5.1 8.5.1 概述概述8.5.2 闸孔出流的水力特征闸孔出流的水力特征设收缩水深设收缩水深hc的跃后水深为的跃后水深为 。 若若 ，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游。下游水，则水跃发生在收缩断面处或收缩断面下游。下游水深的大小不影响闸孔出流，称做闸孔自由出流。深的大小不影响闸孔出流，称做闸孔自由出流。 若若 ，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆盖了收缩，则水跃发生在收缩断面上游，水跃旋滚覆盖了收缩断面，称为闸孔淹没出流。通过闸孔的流量随下游水深断面，称为闸孔淹没出流。通过闸孔的流量随下游水深 的增

9、的增大而减小。大而减小。chchchththth自由出流自由出流淹没出流淹没出流1eH00b1底坎为曲线型实用堰的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流闸后水流紧贴堰面下泄，无明显收缩断面。多为自由出流。e/H0.100.6150.150.6190.200.6200.250.6220.300.6250.340.6290.400.6300.450.6390.500.6450.550.6500.600.6600.650.6750.700.6900.750.705底坎为宽顶堰或平底平板闸门垂直收缩系数底坎为宽顶堰或平底平板闸门垂直收缩系数收缩断面水深hc小于闸孔开度e,可令2che2为平板闸门的垂直收

10、缩系数235.000.79940.000.76645.000.74250.000.72055.000.69960.000.67965.000.66270.000.64675.000.63590.000.62795.000.62290.000.620底坎为宽顶堰或平底底坎为宽顶堰或平底弧形闸门的垂直收缩系数弧形闸门的垂直收缩系数cos3590 ;00.65ceReH值可按下式计算对堰前断面对堰前断面0-0和收缩断面和收缩断面c-c列能量方程列能量方程8.5.3 8.5.3 闸孔闸孔出流水力计算出流水力计算 eH00vchchtcc( 0.51) e 2200020000022200220022l

11、et221let:2let12let12vv()v:v()vv():():()cccccccccccccHHhggHHgg HhQAh bh bg HhheeQebgHHeHQbegH 02gHbeQ闸孔自由出流计算公式 称为流量系数影响流量系数的主要因素影响流量系数的主要因素 He/,2 反映局部水头损失的影响反映局部水头损失的影响取决于闸底缘形式、闸门形式等取决于闸底缘形式、闸门形式等无坎宽顶堰型闸孔无坎宽顶堰型闸孔 有底坎的宽顶堰型闸孔有底坎的宽顶堰型闸孔01950. 950850. 2垂直收缩系数垂直收缩系数水流经闸孔时的流线收缩程度水流经闸孔时的流线收缩程度取决于闸门形式，闸孔入口的

12、边界条件、相对开度取决于闸门形式，闸孔入口的边界条件、相对开度注意：与堰流不同，闸孔出流中闸墩、边墩侧收缩影响相对闸门注意：与堰流不同，闸孔出流中闸墩、边墩侧收缩影响相对闸门产生的垂直收缩可忽略。水头较高时，可忽略行进流速水头产生的垂直收缩可忽略。水头较高时，可忽略行进流速水头8.5.3 闸孔出流水力计算基本公式闸孔出流水力计算基本公式02sQb eg H过闸流量过闸流量闸宽闸宽闸孔全水头闸孔全水头2002VHHg流量系数流量系数淹没系数淹没系数取决于闸底坎的形式、闸门的类型和闸孔的相对开度e/H值。闸门开启高度闸门开启高度返回8.5.4 底坎为平底板型的闸孔出流底坎为平底板型的闸孔出流i1=

13、0KKhtcc流量系数0.600.176eH平板闸门弧形闸门(0.970.81)(0.560.81)180180eH淹没系数02sQbegH 查图8-27eH0v0hcccv022gRCeH0v0hcht(0.51) eccv022g02gHbeQs ccthHhh 淹没出流时，淹没出流时， ,潜流比： cthh 淹没系数淹没系数闸孔出流的淹没系数闸孔出流的淹没系数 当下游水深大于收缩断面水深的共轭水深，即当下游水深大于收缩断面水深的共轭水深，即 时，闸孔时，闸孔为淹没出流。为淹没出流。南京水利科学研究所的研究南京水利科学研究所的研究:淹没系数淹没系数s与潜流比与潜流比 ( H )有关。有关。

14、chchth cthh tcchhHhs图8-2761 NoImage8.5.5底坎为曲线型实用堰的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 水流流线在闸前整个深度内向闸孔集中，故水流的收缩比平底闸孔充分和完善得多。出闸后水舌在重力作用下紧贴溢流面下泄，不存在明显的收缩断面，为自由出流。 (a)(b)底坎为曲线型实用堰的闸孔出流底坎为曲线型实用堰的闸孔出流He02QbegH流量系数0.650.186(0.250.375)coseeHH平板闸门弧形闸门9060300为平板闸门下缘角度0.6850.19eH例题：矩形渠道中修建一水闸，采用平板闸门，闸底板与渠底齐平，闸孔宽等于3m，已知行近流速v0=0

15、.8m/s，闸前水深H=5m，闸门开启高度e=1.0m，下游水深ht=3.5m，求过闸流量。解：（1）判别是堰闸出流10.20.655eH故为闸孔出流（2）确定流量系数0.600.1760.56eH（3）设下游为自由出流，计算过闸流量3020.56 1 319.6 5.0316.68/QebgHms htHhc22000.855.03219.6VHHmg前进（4）判别出流是否淹没0.2eH由查表8.7得20.620则收缩断面水深20.62 10.62chem hc的共轭水深23238( 11)20.628 5.56( 11)2.929.8 0.62ccchqhghm因ht=3.5m，故 ，闸孔为淹没出流cthh由潜流比 ，查图8.30得3.52.90.28652.9tcchhHh0.72s所以通过闸孔的流量为0320.72 0.56 1 319.6 5.0312.01/sQebgHms 返回例1：某水库溢流坝，采用曲线型堰，堰顶厚度为5m，共5孔，每孔净宽为7m，坝顶设弧形闸门。试求坝顶水头H为5m，各孔均匀开启，开度为1m时，通过闸孔的流量（不计行近流速水头，下游为自由出流）。解：（1）判别堰型515H所以该堰为实用堰（2）判别堰闸出流10.20.