流体力学7-8堰流

1、1 堰的形式：堰的形式：薄壁堰、实用堰、宽顶堰。薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 堰流的基本公式。流量系数及其影响因素。堰流的基本公式。流量系数及其影响因素。2v堰：堰：人们为了蓄水、发电、防洪、灌溉、交通、排水的人们为了蓄水、发电、防洪、灌溉、交通、排水的需要在河道和明渠上修筑的挡水建筑物，例如需要在河道和明渠上修筑的挡水建筑物，例如 坝、闸、桥、涵洞、坎等坝、闸、桥、涵洞、坎等v堰流：堰流：水流经过这些挡水建筑物的流动水流经过这些挡水建筑物的流动v堰：堰：在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁。障壁。v堰流：堰流：缓流经堰顶溢流的局部水流现象。

2、堰顶溢流时，缓流经堰顶溢流的局部水流现象。堰顶溢流时，由于堰对来流的约束，使堰前水面壅高，然后堰上水面由于堰对来流的约束，使堰前水面壅高，然后堰上水面跌落，流过堰顶。跌落，流过堰顶。3v水利工程：水利工程：溢流堰是主要的泄水建筑物溢流堰是主要的泄水建筑物v给排水工程：给排水工程：常用的溢流集水设备和量水设备常用的溢流集水设备和量水设备 实验室常用的流量量测设备实验室常用的流量量测设备v堰流是一种无压缓流，经过堰溢流后，上游发生壅水，堰流是一种无压缓流，经过堰溢流后，上游发生壅水，水深增加，堰上水面跌落水深增加，堰上水面跌落v凡有堰处均伴随收缩，除发生壅水或跌水外，必有收凡有堰处均伴随收缩，除发

3、生壅水或跌水外，必有收缩，收缩是堰流的最大特点，此时速度增加、水面下缩，收缩是堰流的最大特点，此时速度增加、水面下降降 宽顶堰：水面收缩宽顶堰：水面收缩 桥墩间：侧面收缩桥墩间：侧面收缩4B上游渠道宽，上游渠道宽，上游来流宽度上游来流宽度(B=b无侧收缩无侧收缩) b堰宽，堰宽，水浸过堰顶的宽度水浸过堰顶的宽度(桥桥Bb)堰顶厚度堰顶厚度 ，对堰的影响很大，对堰的影响很大v0行近速度，行近速度，上游来流速度上游来流速度H堰上水头，堰上水头，上游水位在堰顶上的最大超高上游水位在堰顶上的最大超高 p，p堰上、下游坎高堰上、下游坎高 h堰下游水深堰下游水深 5 堰顶溢流的水流情况，随堰顶溢流的水流情

4、况，随/H比值范围而变化比值范围而变化 堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯，堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯，当水舌回落到堰顶高程时，距上游壁面约当水舌回落到堰顶高程时，距上游壁面约O.67HO.67H，堰顶厚，堰顶厚0.67H0.67H则堰和过堰水流就只有一条边线接触，堰顶厚度则堰和过堰水流就只有一条边线接触，堰顶厚度对水流无影响，故称为薄壁堰。薄壁堰主要用作测量流量对水流无影响，故称为薄壁堰。薄壁堰主要用作测量流量的设备。的设备。 Hd0.67H6 实用堰堰顶厚度大于薄壁堰，实用堰堰顶厚度大于薄壁堰， 对水流有一定的影响，对水流有一定的影响，但堰上水面仍一次连续降

5、落；但堰上水面仍一次连续降落； 其剖面有曲线型和折线型两种，水利工程中的大、中其剖面有曲线型和折线型两种，水利工程中的大、中型溢流坝一般都采用型溢流坝一般都采用曲线型曲线型实用堰，小型工程常采用实用堰，小型工程常采用折线折线型型实用堰。实用堰。 7 宽顶堰堰顶厚度较大，宽顶堰堰顶厚度较大，2.5， 对水流有显对水流有显著影响，在堰坎进口水面发生降落，堰上水流近著影响，在堰坎进口水面发生降落，堰上水流近似于水平流动，至堰坎出口水面再次降落与下游似于水平流动，至堰坎出口水面再次降落与下游水流衔接。水流衔接。 若堰宽增至若堰宽增至10，hf 不能忽略，流动已不属不能忽略，流动已不属于堰流。于堰流。

6、闸门全开放时的过闸水流、小桥孔过流、无压闸门全开放时的过闸水流、小桥孔过流、无压短涵管过流等，都属于宽顶堰流。短涵管过流等，都属于宽顶堰流。 8v根据上游渠道宽度根据上游渠道宽度B与堰宽与堰宽b的关系：的关系： 侧收缩堰（侧收缩堰（b3.0 0 p/H 3.0m=0.32m=0.3612 下游水位升高，顶托过堰水流，造成堰上水流性质下游水位升高，顶托过堰水流，造成堰上水流性质发生变化。堰上水深由发生变化。堰上水深由hhc ，水流由急流变为，水流由急流变为缓流，下游干扰波能向上游传播，形成淹没溢流缓流，下游干扰波能向上游传播，形成淹没溢流。v必要条件：必要条件：下游水位高于堰顶下游水位高于堰顶

7、hs=h-p0v充分条件充分条件: 下游水位影响到堰上水流，急流变为缓流下游水位影响到堰上水流，急流变为缓流 hs=h-p0.8 1-1 v0h2-2PHH0vg220c-chchshs淹没出流淹没出流自由出流自由出流Q3202sQmbgH淹没系数淹没系数s随淹没程度随淹没程度hs/H0的增大而减小，见的增大而减小，见P187表表7-9 13 堰宽小于上游渠道宽堰宽小于上游渠道宽bB，水流进入堰口后在侧壁，水流进入堰口后在侧壁发生分离，堰的过流能力降低。发生分离，堰的过流能力降低。3202QmbgH侧收缩的影响用收缩系数侧收缩的影响用收缩系数 表示，对单孔宽顶堰表示，对单孔宽顶堰)1 (142

8、 . 03BbBbaHpa为墩形系数，矩形墩为墩形系数，矩形墩a=0.19，圆形墩，圆形墩a=0.10。3202sQmbgH14 薄壁堰和实用堰虽然堰型和宽顶堰不同，但堰流的薄壁堰和实用堰虽然堰型和宽顶堰不同，但堰流的受受力性质力性质(重力作用，不计重力作用，不计hf)和和运动形式运动形式(缓流经障壁顶部溢缓流经障壁顶部溢流流)相同，因此具有相似的规律性和相同结构的基本公式。相同，因此具有相似的规律性和相同结构的基本公式。 v矩形薄壁堰自由式溢流矩形薄壁堰自由式溢流 32002Qm bgH m0计入行进流速水头的影响，采用巴赞公式计入行进流速水头的影响，采用巴赞公式)(55.01)405.0(

9、20027.00PHHHm)()(55. 01)03. 00027. 0405. 0(220BbPHHBbBHm 公式适用范围：公式适用范围：b2m，p1.13m，H1.24mv出现侧收缩可用修正的出现侧收缩可用修正的巴赞公式巴赞公式15 用矩形堰量测小流量时，堰上水头很小，量测误差增用矩形堰量测小流量时，堰上水头很小，量测误差增大。为使小流量大。为使小流量(Q100 l/s )仍能保持较大的堰上水头，就仍能保持较大的堰上水头，就要减小堰宽，为此采用直角三角形堰要减小堰宽，为此采用直角三角形堰HB5/231.4(m /s)QH H=0.250.55m H=0.050.25m2.4731.343

10、(m /s)QH 淹没溢流时，不仅堰的淹没溢流时，不仅堰的过水能力降低，而且下游水过水能力降低，而且下游水面波动较大，溢流不稳定。面波动较大，溢流不稳定。所以用于测量流量用的薄壁所以用于测量流量用的薄壁堰，堰，。HV0ZchP1h0.67HZ160.67 /H2.5主要用途：用作蓄水建筑物主要用途：用作蓄水建筑物坝坝 净水建筑物的溢流设备净水建筑物的溢流设备分类：折线型、曲线型、复合型实用堰分类：折线型、曲线型、复合型实用堰WES剖面堰：剖面堰：堰面不发生负压，流量系数大，堰剖面堰面不发生负压，流量系数大，堰剖面较小，工程量小，稳定安全较小，工程量小，稳定安全17非真空实用堰（非真空实用堰（N

11、on-Vacuum Weir）：）： 若堰面的剖面曲线基本上与堰的水舌下缘外形相若堰面的剖面曲线基本上与堰的水舌下缘外形相符，水流作用于堰面上的压强仍近似为大气压强，符，水流作用于堰面上的压强仍近似为大气压强，这种堰称为非真空实用堰。这种堰称为非真空实用堰。 真空实用堰（真空实用堰（Vacuum Weir）：）： 若堰面的剖面曲线低于堰的水舌下缘，溢流水舌若堰面的剖面曲线低于堰的水舌下缘，溢流水舌脱离堰面，脱离处的空气被水流带走而形成真空区，脱离堰面，脱离处的空气被水流带走而形成真空区，这种堰称为真空实用堰。这种堰称为真空实用堰。 182、堰的分类、堰的分类1）根据堰顶厚度）根据堰顶厚度 与水头与水头H的关系：的关系：堰堰薄壁堰（薄壁堰（Thin-wall Weir）（）（ /H0.67） 无沿程水头损失无沿程水头损失hf。实用堰（实用堰（Ogee Weir）（