工程流体力学第章堰流和闸孔出流

第7章堰流和闸孔出流学习重点§7-1概述§7-2薄壁堰§7-3实用堰§7-4宽顶堰※§7-5小桥桥孔过流的水力计算※§7-6无压涵洞的水力计算※§7-7闸孔出流※§7-8泄水建筑物下游的消能与衔接第7章堰流和闸孔出流学习重点：1.堰流及闸孔出流的概念，堰的分类。2.堰流过流能力的基本公式。3.宽顶堰流的水力计算。§7-1概述

堰流 明渠水流受障碍物或建筑物的影响，上游水位雍高，然后水面降落，这种水流从障碍物上溢流至下游的水流现象称为堰流。 上述建筑物或障碍物称为堰。堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用，水流从建筑物顶部自由下泄。闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。一、堰流及闸孔出流的概念1、堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。2、堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重力作用下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。3、堰流和闸孔出流的转化：闸底坎为平顶堰时：

闸孔出流

堰流闸底坎为曲线型堰时

闸孔出流堰流二、堰流及闸孔出流的特征三、堰流的基本特征量堰的几何要素：b：堰宽B：渠宽

：堰顶厚度P1：上游堰高P2：下游堰高水流的几何要素：H：堰上水头v0：行近流速

：堰上总水头h：下游水深

（一）按δ与H的相对大小分类

薄壁堰：

实用堰：宽顶堰：四、堰流的分类（二）按堰下游水位h对堰的影响分类

自由堰：下游水位较低，不影响堰的出流条件。

淹没堰：下游水位较高或下游堰高较小，堰顶出流受到顶托作用，影响了堰的过流能力，使流量减小。（三）按B和b的变化分类 有侧收缩堰：B>b。

无侧收缩堰：B=b。四、堰流的分类（四）其他分类 按堰孔形状可将堰分为矩形堰、三角形堰、梯形堰、曲线形堰等。列堰前断面与堰顶断面的能量方程：hc0=kH0。堰流流量公式：五、堰流过流能力的基本公式令m为流量系数，与堰顶水头和堰的边界条件有关。Q＝εσ

mb（2g）1/2H03/2

一、矩形薄壁堰流1、定义：堰口形状为矩形的薄壁堰。2、薄壁堰用于量测设备时的要求：矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流上游渠宽与堰宽相同下游水位低于堰顶堰上水头H不宜过小，一般H>2.5cm水舌下面的空间应与大气相通，所以要求下游水位不能太高。§7-2薄壁堰

3、计算公式m0包含行近流速影响在内的流量系数一、矩形薄壁堰流1、定义：堰口形状为三角形的薄壁堰。2、应用

当测量的流量较小一般用三角形薄壁堰。3、计算公式二、三角形薄壁堰流H≤25cmH>25cm当Q较大而又不能用无侧收缩矩形堰时，常采用梯形堰。三、梯形薄壁堰流令，得实验研究表明，当时，流量系数mt不随H及b变化，且约为0.42。§7-3实用堰一、剖面形状

折线形

曲线形二、曲线形实用堰（一）曲线型实用堰的剖面形状合理的剖面形状应当具有下列优点：过水能力大堰面不出现过大的负压经济、稳定

（一）曲线型实用堰的剖面形状组成：1.上游堰面AB，可垂直或倾斜：2.堰顶溢流段BC：3.下游堰面直线段CD:4.堰面与下游河床相切的反弧段DE:

堰顶曲线BC对水流特性的影响最大，是设计曲线实用堰剖面形状的关键。国内外设计堰剖面形状有许多方法，主要区别在于曲线段BC如何确定。实际采用的剖面形状都是按薄壁堰水舌下缘曲线稍加修改而成。（一）曲线型实用堰的剖面形状实验俩研究统表明狡，曲朽线型置适用瞧堰的乏流量重系数聚主要董决定蜓于上固游堰定高与叠设计由水头纷之比邮P1/Hd、堰顶临全水头你与设计姓水头之萄比0/Hd以及上组游面的薯坡度。（二谢）曲线型刷实用堰懂的流量放系数侧收缩邮系数就挽是用来帝考虑边客墩及闸模墩对过苏水能力项的影响秀。可由脊下面经虑验公式连计算：式中细：n为浸堰孔武数；H0为堰极顶全召水头射；为边墩尘形状系量数；为闸违墩形趴态系护数。（三搂）侧收缩提系数实用愁堰的志淹没询条件六也是珠下游革水面助高出克堰顶甜和堰编下形话成淹易没式迫水跃彩。淹势没系望数反帝映下哨游水砌位及毒护坦赠高程叮对过碑水能啦力的璃影响至，当街实用焦堰形码成淹牺没出窝流时贤，其吗淹没其系数倍σs尘与堰凝的相偏对淹山没深狐度h奶s/巾H有口关（怎其中虎hs震为堰狭的下卡游水叮位高畅出堰识顶的屡高度绝）。（四）曲线香型实投用堰亡的淹纷没系席数§7-4宽汉顶堰一.无必侧收缩谣自由式狮宽顶堰工程脂中，丑堰口姑形状队一般伞为矩枕形直角进累口：当0梁≤P/没H≤3当P/窄H＞3栋,m=0.闯32圆角进样口(r/H≥0.牧2)当0员≤P/箱H≤3当P/H＞3顶，m=0约.36二、硬无侧愤收缩插淹没以式宽封顶堰水流碗特点淹没伏标准hs≥0.渠8H0计算公塔式三、侧收淘缩宽顶邀堰自由佛式侧营收缩杜宽顶厌堰的辈流量邀公式功为淹没式清侧收缩窝宽顶堰※§7-5小追桥桥孔齐过流的钩水力计怀算（一）自由困出流若h≦1.兽3hc，下桥游水位唯不影响恼桥孔过任流，称且为桥孔凝自由出盏流。一、小插桥桥孔疑过流的罪水力特陷征（二）淹没出矩流若h>1椅.3hc，下刚游水例位影择响桥摆孔过记流，瞒此时逢为桥阻孔淹豪没出孝流。二、小桥例桥孔堂过流轰的水抄力计乞算1.计翠算临界场水深2.计弱算小桥屯孔径自由出遭流，桥匀下河槽榨水深淹没隆出流淘，桥肃下河弄槽水徒深hc0=h，3.按盟采用的牵标准孔扛径验算豆桥孔温过流浸情况按采用律的标准内孔径B，重移新计鼓算hc，津判别妄桥孔涂出流冰形式厅并计芬算桥桐下河任槽的洪流速v。v应小势于vma冶x自由陡出流淹没出瞧流二、谊小桥勇桥孔毛过流保的水桨力计驳算4.计手算桥梁动雍水桥梁壅苍水水深煤要控制司在规范英允许的阿范围内琴。自由出壶流淹没出素流桥前翠壅水灶水深※§7-6无朋压涵块洞的蓄水力赤计算一、无混压涵洞眉的分类按涵采洞进议水口之建筑筹形式钳不同俊与涵坏前水末头的锤高低劈燕，水秃流通旬过涵睬洞时置可分脱为无征压力靠流、渴半压辰力流撑和压妻力流阔三种步状态随，相萝应地桂将涵谢洞分穗为无压该涵洞杰、半至压力结涵洞筛与全判压力苦涵洞熟。二、无绿压涵洞赴的水力欧条件设涵前弯水深为样H，下抚游水深娇为h,算涵洞侄洞身净纸高为h所T，欲实验得知知，要搂保证为胃无压涵饺洞，需治满足以柳下水力雕条件：①下游双水深小倘于涵洞弟净高，练即h<hT；②涵洞使的进水辛口建筑穗为普通今型（端桃墙式、尸八字式绵、不抬壶高式）界，涵前钢水深银（为洞挖身净高辞）；进跑水口建猜筑为流旦线形（猾喇叭形欠、抬高能式），决涵前水恢深三、无肾压涵洞胡的过流厘能力计认算（一）水力怒现象鲁的分食析无压涵进洞底坡耳一般为著正坡（i>0座）。平坡乒涵洞相使用茂中易覆在涵饱洞内给积水角，影予响路同基稳酬定性本，工剩程中纪一般眯尽量尸避免受采用衫。对于正止坡无压匪涵洞，旋根据底挎坡大小撑和长度忠不同，作分以下卫三种情君况对水户力现象编进行分借析。（1贯）缓镇坡无摇压涵努洞（i<ic）（2）安临界坡敬涵洞（i=ic）（3骆）陡江坡无雪压涵桃洞（i>ic）当涵洞怀坡度过翼小时，样易使收况缩断面乖淹没，放为了避轻免这种返情况，杠工程上纺通常将伯涵洞底钉坡增大锡到等于犯或略大禾于临界驾坡来解忙决，坡佣度过小表的缓坡华涵洞尽鼻量少采元用。（二）水力疮计算短涵罢的过兵流能蕉力可附按宽桌顶堰桐计算长涵问的过呈流能做力按袋明渠浅水流聚计算园。※§7-7闸昆孔出流一、血底坎丙为宽溉顶堰牛型的懒闸孔睬出流1.识底坎粱为宽赢顶堰坊型闸绿孔自嫩由出驻流的齿水力对计算2.底础坎为宽浓顶堰型授闸孔淹纵没出流晋的水力催计算二、底泥坎为曲旺线型实骨用堰的旨闸孔出爆流一、消慨能类型（一校）面流迫式消效能当下游尖水深较址大而且撒比较稳卫定时，太可采取要一定的问工程措绒施，将待下泄的铺高速水宽流导向胳下游水村流的上陷层，主乎流与河顽床之间晌由巨大右的底部缴旋滚隔恐开，可元避免高涂速主流光对河床洋的冲刷聚。余能肚主要通底过水舌忽扩散，牌流速分呢布调整送及底部荣旋滚与盏主流的盟相互作爆用而消版除。※§7-8愉泄水猎建筑娃物下辨游的杨消能谣与衔低接（二）挑流式诞消能利用扭下泄阵水流正所挟妙带的投巨大圈动能蛇，因禾势利甜导将蛙水流觉挑射至至远炕离建扇筑物振的下维