清华水力学实验17闸门
水面式弧形闸门静水总压力值的计算
水面式弧形闸门静水总压力值的计算水面式弧形闸门是一种常用于水利工程中的水控设备，其运用原理是通过闸门的开启和关闭来控制水流的流量和液位，确保水流按需通过并达到目标位置。
在闸门的运行过程中，静水总压力是一个重要的参数，需要准确计算和评估。
要计算水面式弧形闸门的静水总压力，首先需要了解一些与水力学和弧形闸门相关的基本理论和公式。
水力学是研究液体在作用力下运动的科学，是闸门设计和计算的基础。
而弧形闸门是常见的闸门类型之一，通过调整闸门的开启角度，可以实现不同程度的水流控制。
当水面式弧形闸门处于开启状态时，水流会按照一定的角度通过闸门，由此产生静水总压力。
静水总压力是指水流对闸门产生的压力，可以通过以下公式进行计算：P = γ × h × A × cos²(θ/2)其中，P表示静水总压力，γ表示水的密度，h表示水流的液位高度，A表示水流的横截面积，θ表示闸门的开启角度。
公式中的cos²(θ/2)是根据水流通过弯曲路径的几何关系推导出来的，表示闸门开启角度对静水总压力的影响。
当闸门关闭时，θ为0，cos²(θ/2)为1，此时静水总压力为0，闸门不会受到任何压力。
当闸门完全开启时，θ为180°，cos²(θ/2)为0，此时静水总压力最大，闸门所承受的压力最大。
计算静水总压力之前，需要先确定水流的液位高度和闸门的开启角度。
液位高度可以通过液位计等设备测量得到，开启角度可以通过闸门控制系统进行调节。
在实际的闸门设计和运行中，还需要考虑其他因素对静水总压力的影响，如水流速度、水流的动能、闸门的材料和结构等。
通过专业的水力学计算和工程经验，可以综合考虑这些因素，确定适当的闸门参数，以确保闸门的安全运行和水流的有效控制。
综上所述，静水总压力是水面式弧形闸门设计和计算中的一个重要参数。
通过合理的公式和计算方法，可以准确评估闸门所承受的压力，并根据实际情况调整闸门参数，以满足水流的控制要求。
《水力学》课程标准
《水力学》课程标准一、课程说明注：1.课程类型（单一选项）：A类（纯理论课）/B类（理论＋实践）/C类（纯实践课）2.课程性质（单一选项）：必修课/专业选修课/公共选修课3.课程类别（单一选项）：公共基础课/专业基础课/专业核心课4.合作者：须是行业企业人员，如果没有，则填无二、课程定位《水力学》是水利类水利水电建筑工程、水利工程、建设工程监理、给排水工程技术、水文与水资源等专业的专业基础课程。
开课时间为大一下学期，计划安排64个学时讲授，计4个学分。
本课程与其他相关课程紧密衔接，是《工程水文与水利计算》、《水工建筑物》、《工程地质与土力学》、《水利施工》等课程的基础。
《水力学》是研究水体平衡和运动规律的一门学科。
旨在使学生掌握水体平衡和运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会水力学的分析和计算方法，能对简单的水利问题进行水力计算。
符合水利水电建筑工程、水利工程、建设工程监理、给排水工程技术、水文与水资源等专业人才的培养目标，使学生能够运用所学知识解决基层水利单位的工程实际问题。
培养学生的自主学习能力、归纳表达能力等，促进其养成认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风及其他良好的科学文化素质、专业素质。
三、设计思路以科学发展观为指导，全面贯彻党的教育方针，遵循教育教学规律和人才成长规律；立足于建设一流高职院校的目标，遵循“打好扎实的理论基础、培养实践和创新能力、拓宽专业且反映学科特点”的原则，树立跨学科培养，通识教育与专业教育相结合，融入创新教育、创业教育、素质教育、绿色教育和终身教育的理念；以深化学分制为抓手，创新人才培养模式和教学运行机制，积极探索学分制下弹性学习制度和个性化人才培养方案，尊重学生选择权，培养学生自我负责意识；积极探索分类招生、分流、分段、分模块的多元化人才培养模式，努力提高职业人才培养质量，提升学校人才培养为地方经济社会发展服务的能力。
坚持以下基本原则：整体优化原则；深化学分制原则；体现学生主体原则；加强实践教学原则；符合时代要求原则。
17高速水流
四 水流紊动对气穴发生的影响
瞬时气穴数
K'
K
1
p'
v 2
2
由上式可以看出：瞬时气穴数可能比时均气穴数小，
时均气穴数K大于初生气穴Ki 时，瞬时气穴数K’ 可能小
于初生气穴数Ki ，所以瞬时气穴可能在K＞ Ki 时发生。
根据各向同性紊流模型进行计算泰勒发现。
‹#1›2
S
f0'
1 2
S
f0
S
f1
S
fk'
1 4
S
f k 1
2S
fk
S
f k1
S
fM '
1 2
S
f M 1
S
fM
式中 k=1,2,3,4…M－1
5) 概率密度函数
从图中的样本记录采用得到N个x(ti)值（i＝1，2，3…. N）。将它们的数值范围分成若干区间，然后将N个x(ti)值进 行统计，求出各区间出现次数与样本总数之比，此比值称为 相对频数，相对频数除以区间间距即得概率密度。
防止气蚀的措施已有不少经验，主要有下列几方面可供参考：
1. 边界轮廓要设计成流线型。 2. 施工后，过水表面上不应存在有钢筋头等各种残留
‹#2›0
突起物对过水边界表面在施工中可能造成的不平 整要加以控制。下图为斜坡及三角突起体两种表面不 平整型式的初生气穴数曲线。
‹#2›1
3. 在难于完全免除气穴的地点，采用抗蚀性能强的材料 做护面。抗蚀性能强的材料最常用的有下列几种： （1） 高标号混凝土 （2） 环氧树脂加填充料，其抗气蚀性能比混凝土要好。 （3） 采用1～2cm厚的工业用橡皮板做护面，如果与混凝土 底层连接牢固，其抗气蚀效果比环氧树脂配料要好得多。 （4） 利用人工掺气防止气蚀。
水面
z 从 12 种典型的水面线可以看出，对非均匀流而言，陡坡上可能形成缓流，缓坡上可能 形成急流。
z 矩形断面的临界水深和临界坡度可用公式：
=
g αCc2
Pc b
计算，其中q为单宽流量，Cc为临界流时的谢才系数，Pc为临界流时湿周，b为槽宽，α 可
取 1.0-1.1 .
同时根据上槽、下槽的底坡大小与闸门开度的大小，判别上下游水面线的衔接型式，与 实测结果相比较。 z 对上述比较中有不一致的情况，应进行分析并说明影响因素。
分析思考问题
1. 在图 4 中无水跃发生，而在图 5 中则有两个水跃出现，为什么? 2. 图 6 所示i1=0 和i2<0 的底坡情况下，有没有正常水深线N1-N1和N2-N2？为什么? 3. 影响临界水深hc的因素有哪些？ 4. 根据实测流量、槽宽，应用分段法计算M1型S2型水面线数据。并与实测值进行比较，并
水面-1
图 1 非均匀渐变流水面曲线图
z 图中N-N线为正常水深h0线，C-C线为临界水深hc线。根据实际水深h与h0、hc的关系分为 1、2、3 区。水面曲线的型式和名称列如下表：
水槽底坡
与水流临界 坡度 i 比较
i > 0 正坡 i = 0 平底
i < iC 缓坡 i =iC 临界坡 i > iC 陡坡
图3
2. 调整上下游槽底坡度，使i1<ic（为缓坡）和i2>ic（为陡坡），流量Q不变。此时在水槽上 游段下部出现M2型降水曲线，在下游段的上部出现S2降水曲线，M2和S2二段曲线通过hc 相衔接。M2曲线的上游趋向明槽上游段正常水深h01，S2曲线的下游趋向明槽下游段正常 水深h02 . 沿流程用测针量测S2型曲线中不同断面的水深hi及各断面的距离Δs，并作详细 记录。
流体力学 第9章水力学实验
9.1 水静力学实验
9.1.1 实验目的
(1) 通过实验掌握用测压管测量液体静水压强的基本方法，加深了解水静力学基本方
程的物理意义和几何含义。
(2) 加深理解位置水头，压强水头和测压管水头的基本概念，观察静止液体中任意两
点的测压管水头 Z1 +
p1 γ
= Z2
+
p2 γ
= C (常数)。
(3) 控制液体表面压强大于零或小于零，观察真空现象。
9.3.6 资料整理与结果分析
(1) 记录计算有关常数。 d1= cm，d2= cm，水温 t= ℃ ， v = cm2/s
水箱液面标尺值▽0= cm，管轴线液面标尺值▽= cm (2) 记录计算表 9-5。
9.1.7 思考题
(1) 实验时，容器的水面能否低于 B 点？为什么？ (2) 若测压管太细，对测压管的读数有何影响？ (3) 对于容器内任意一点，例如 B 点的压力要改变，而液体是不可压缩的，为什么压 力还会变？
·189·
·190·
流体力学
9.2 不可压缩恒定流能量方程实验
9.2.1 实验目的
(1) 测定水流各断面的单位质量液体的能量(即各项水压和水压损失)。 (2) 绘制测压管水压(水头)线和总水压(水头)线，从而验证实际液体的能量方程式。 (3) 清楚掌握水流中能量守恒定律和转换规律。
Q计算 =
π 4
d12
( d1 )4 − 1
2g[(Z1
+
p1 γ
)
−
(
Z
2
+
p2 )] γ
=
K
Δh
d2
式中，K=
π 4
d12
；
水力学全套课件
明渠流动状态及判别标准
流动状态
明渠流动根据弗劳德数$Fr$的大小，可分 为缓流、临界流和急流三种状态。
VS
判别标准
当$Fr < 1$时，为缓流状态；当$Fr = 1$ 时，为临界流状态；当$Fr > 1$时，为急 流状态。其中，$Fr = frac{V}{sqrt{g times h}}$，$g$为重力加速度，$h$为水 深。
重力作用下液体平衡的应用 用于求解液体内部任一点的压强、等压面的形状等问题。
液体的相对平衡
液体的相对平衡的概念
当液体内部某点的压强发生变化时，其周围各点的压强也会相应 变化，但液体仍能保持平衡状态。
液体相对平衡的原理
基于帕斯卡原理，即密闭容器内液体任一点的压强变化将等值地传 递到液体各点。
液体相对平衡的应用
注意事项
需考虑管道阻力、水泵扬程和节点流量等因素对网络水力 计算的影响。同时，对于大型复杂的网络系统，可能需要 借助专业的水力计算软件进行求解。
06
明渠恒定流
明渠流动的特点与分类
特点
明渠流动是液体在重力作用下，具有自由表面的流动；流动过程中，液体质点不断 与空气接触并交换能量。
分类
根据流动状态，明渠流动可分为均匀流和非均匀流；根据水力要素是否随时间变化， 可分为恒定流和非恒定流。
用于解释和计算液体内部压强的变化、传递等问题。
液体作用在平面上的总压力
液体作用在平面上的总压力的概念
液体作用在某一平面上的合力称为总压力。
总压力的计算方法
通过求解液体对平面的压强分布积分得到总压力。
总压力的应用
用于计算液体对容器壁、闸门等结构的作用力。
液体作用在曲面上的总压力
01
清华水力学实验：05动量方程
z 若射流冲击的是一块凹面板,则沿射流方向的动量方
程投影式为:
ρQ(α 02v2 cosβ − α 01v1) = −R′ ， 取动量修正系数 α 01 = α 02 = 1.0 ，v1 = v2 = v 仍满足，所 以
R′ = ρQv(1 − cosβ) .
动量-1
z 本实验装置设计的射流方向是铅垂向上的，重力沿射 流方向有分量，考虑到重力的减速作用，射流冲击到 实验板上的速度小于喷嘴出口流速，为 v1 = v2 = v2 − 2gz ， 故将实验板受力公式改为 R = ρQ v2 − 2gz (1 − cos β) ， 其中 z 为射流喷射高程（喷嘴出口到实验板的距离）。
2． 学习用天平测力和用体积 法测流量的实验技能。
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实 验原理和注意事项。
2． 查阅用天平测力和用体积法（手工、自动）量测流量的原理和步骤。 3． 调天平，将微调砝码拨到零位，配重放到 A 盘，使天平处于平衡状态。调节天平位置，
使喷嘴中心与实验板中心在同一轴线上，然后用定位件将天平固定。在天平 B 盘放入砝 码，实验板为平板时放 60g 砝码，曲板时放 100g 砝码。 4． 接好自动量测仪，按自动量测操作步骤（另附）进行操作。 5． 将分流器泄水口拨向泄水槽（11），开大稳压箱调压阀，关闭进水调节阀，将量水箱存 水放空后，关闭量水箱泄水阀。启动水泵，待稳压箱内的气体全部排除后关小调压阀（不
清华大学水利水电工程系水力学实验室
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
恒定总流动量方程验证实验
原理简介
z 对恒定总流运用动量守恒原理，可以得到动量方程
ρQ(−α
G 01v1
+
【word】输水渠道大流量分水口门的分级分水方式
输水渠道大流量分水口门的分级分水方式第17卷2期2009年4月应用基础与工程科学JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGV o1.17.No.2April2009文章编号:1005-0930(2009)02-0161—10中图分类号:TV68文献标识码:A输水渠道大流量分水口门的分级分水方式王开,张成,王光谦,傅旭东(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084) 摘要:本文以南水北调中线工程典型分水口为研究对象,采用一维非恒定流模型对不同分水口运行方式进行计算分析,研究渠道相应的水力响应现象,包括水位升高降落幅度,速率及其影响范围,建立了分水口分水比与水面线的相关关系,提出了分水口分级分水的运行方式.针对设计分水流量占渠道设计输水流量50%的西黑山分水口,计算认为:lh内一次分水流量增加最好不大于16m/s,二次分水流量增加总量最好不大于20m/s,将2次分水延长到2h内完成,能够较好控制水位下降速度,从而减小对渠道安全的影响.关键词:分水口;南水北调;分级分水;水力响应输水渠道的分水口起到沿程输水和调节水量分配的作用,是调水工程的重要组成部分.为了适时,适量地满足沿线用户的不同用水需求,各分水口需要在一定的调度原则下进行开启,关闭或者变化分水流量等运用操作,从而在总干漂内引起水力过渡过程.在总干渠正常运行的情形下,各分水口与节制闸通常是联合运用,以满足渠道的运行安全和供水要求.渠段内相应的各类水力学响应现象,也是单个分水口和单个节制闸运用所引起的水力过渡过程相互叠加的结果.因此,对于各类输水渠道,尤其是大型调水工程的输水渠道,有必要研究分水口的分水方式对于渠道的控制运行调度的影响,探寻合理有效的分水方式.输水渠道的各类研究开展较早,如美国在20世纪50年代就开展了渠道自动化的研究,成果也比较多,主要集中在通过数值模拟,物理实验和理论分析的手段对渠道的不同控制模式和不同控制算法引,输水能力及响应L6剐和水量的优化调度..等方面的研究和应用,而对分水口的分水方式的研究并不多见.本文以南水北调中线总干渠为研究对象,利用南水北调中线工程电子渠道平台,考察典型大流量分水口单独增加分流量或减少分流量所引起的渠段内的水力响应现象,包括水位升高或降落幅度,沿流向的影响距离等,探讨分水流量变化速率对这些特征参数的影响以及分流量较大时的分级分水的可行性.1研究对象及研究平台南水北调中线工程是一个复杂的大型跨流域调水工程,南北跨度大,沿程需分水到几收稿日期:2008-03.18;修订日期:2009-03-03基金项目:国家自然科学创新研究群体科学基金资助项目(50221903) 作者简介:王开(1979一).女,博士研究生.162应用基础与工程科学V01.17十个县市,沿线各类建筑物包括河渠交叉建筑物,渡槽,倒虹吸,隧洞以及其它控制建筑物共有1753座,其中有l15座分水口和退水口_l.在这样复杂的渠道形态下,分水口分水流量的变化所引起的水力响应必然会对渠道的运行控制和调度产生巨大的影响.因此,如何减小分水口分水流量变化所产生的影响,保证渠道运行的安全,为渠道的优化控制提供参考是工程运行的一个重要问题.清华大学自主研发的南水北调电子渠道【】,通过收集整理南水北调中线总干渠工程研究,设计以及相关资料,建立了输水工程数据库和水力学模型为一体的模拟分析,信息支持和决策分析平台,主要包括基础数据库和专业模型库两部分.基础数据库包括基础地理数据库,渠道断面数据库,总干渠建筑物属性数据库等关键数据库,专业模型库主要包括一维恒定流模型,用于分析各类设计工况下水力响应的一维非恒定流模型以及分析局部水流特性的二维和三维水力学模型.专业模型中的一维非恒定流模型是本文分析计算的主要工具,建立模型的基本方程是描述一维非恒定流运动的圣?维南方程组[1引,其基本形式如下砉+=qt(1)aaaz2口口17,2II,,…+一Os+g++g—u(z式中,z为水位,m;为流速,m/s;为过流面积,m;B为水面宽度,m;g为单位长度上的旁侧人流或出流此处用以表示分水口的分水流量,rll/s;g为重力加速度,m/s;t为时间,s;s为沿程距离,m;为水力半径,In;c为Chezy系数,g为单宽流量,m./s;n 为糙率.圣?维南方程组属于一阶拟线性双曲型偏微分方程,一般无法直接求得其解析解.本模型采用收敛快,效率高且稳定性好的Preissmann隐格式¨数值求解以水位z和流量为因变量的方程组式(1)和式(2).由于水流在节制闸,渡槽等建筑物处的过流流态是急流而不是缓流,不能直接应用圣?维南方程组进行描述.因此,采用相应的内边界处理办法对节制闸,渡槽等建筑物进行概化,再与离散后的圣?维南方程组联立求解,具体内容参见文献[15]和文献[16].本文选择南水北调中线总干渠为研究对象,以南水北调中线电子渠道为研究工具,分析典型大流量分水口分水流量变化引起的水力响应,寻求合理的分水口分级分水方式.2分水口计算工况及影响分析由于南水北调中线总干渠分水口众多,不可能对每个分水口都进行计算分析,并且渠道各类水力现象也是由于各个分水口流量变化和节制闸控制变化相互叠加的结果.因此,本文着重通过研究单个典型分水口的分水流量变化,总结规律,探讨合理的分水口分级分水方式来保证渠道安全(水面线波动不超过0.15m/h).2.1计算条件西黑山分水口位于南水北调中线总干渠北段末端,其设计分水流量占渠道设计输水流量的50%.由于分水流量较大,其分水流量的变化对渠道的影响会较其它分水口显着,因此选择西黑山分水口作为主要研究对象.同时,为了反映渠道断面尺寸,过流量及分水王开等:输水渠道大流量分水口门的分级分水方式163流量等因素的影响,还考察了黄河南的郑湾泵站分水口和黄河北的田庄分水口,在分水流量增加或减少等不同工况下,计算分析总干渠的水力过渡过程.计算范围为从陶岔渠首至河北省渠段终点全长1196.167km渠道,渠道过流量为70%设计流量.计算过程中,除计算分水口外,其它分水口的分水流量保持不变,各节制闸的闸门开度也保持不变,并且假设渠道断面足够大,能够保证水流始终在渠道内流动,且保持边坡不变.计算条件如表1所示.表1计算条件Table1Computationconditions2.2设计工况及计算结果为了比较分析不同情况下渠道水力响应现象,设计了分水口增加流量,分水口减小流量以及分水口分级分水的3种工况进行计算分析.2.2.1分水口增加分流工况为了分析分水流量增加幅度和增加速率对总干渠水力响应过程的影响,拟定了9种工况,如表2所示.从工况1一工况9,分水流量变化时间为10min,而分水流量逐渐增大,分水速率也相应逐渐提高.表2西黑山分水口分水流量增加的模拟工况Table2ThesimulationconditionsofincrementofwaterdiversionatgateXihei shan鉴于总干渠从南至北的渠道断面尺寸和过水流量变化很大,分别考察黄河南的郑湾泵站分水口和黄河北的田庄分水口.考虑6种工况,如表3所示.计算结果表明,在初始时刻,水面线下降速度较快.表4列出了各工况不同时刻分水口处水面线降低的幅度.工况6一工况9的初始1h内水位降落接近或超过0.15m,对渠道的安全可能会产生一定的影响.重新平衡后,也即应用基础与工程科学V01.17计算稳定后,渠道内水位不再发生改变时,工况1分水口最终降低的幅度最小,为0.1lm;工况9降低的幅度最大,为1.65m.表3其它分水口流量增加的模拟工况Table3Thesimulationconditionsofincrementofwaterdiversionatothergate s表4西黑山分水I:1水位不同时刻的降低幅度Table4DropofwaterlevelatgateXiheishaninvaryingtimepoints图1西黑山分水口分水流量增加速率与水位下降速度的关系Fig.1Relationbetweentheincreasingrateof waterdiversionandthedecreasingvelocityofwaterlevelatgateXiheishan图1进一步给出了分水流量增加速率与分水口处初始1h水位下降幅度的关系.可以看到,分水流量增加速率与初始1h水位下降幅度具有很好的线性关系,可以拟合成如下公式:=0.0939Vq一0.0005(3)式中,表示分水口水位初始lh下降幅度,m;表示分水流量增加速率,in/min.在计算条件下,由于分水流量增量占渠段流量的比例与分水流量增加速率是线性关系,因此,分水口水位初始1h下降幅度与rd亦有很好的线性关系,表示为:=0.8212rq一0.0005(4)式中,以m计,r口以百分比计.分水口分水流量的增加引起上,下游渠段水面线的改变,可以根据一定的水位变幅来确定波动影响是否到达.假定分水口的分水流量按线性规律变化到目标分水流量,即不考虑分水口门处水位变化对分水流量的影响的前提下,分别以水位波动0.05m,0.1Om,0.15m作为影响到达的标志,可以得到不同工况下的上游影响范围,如表5所示.由表5王开等:输水渠道大流量分水口门的分级分水方式可见,无论采用何种判断标准,波动影响的范围总是随着分水口流量变化幅度的增大而增大,符合一般规律.表5西黑山分水I:1各工况下的波动影响范围Table5TheinfluencerangeoffluctuationunderdifferentconditionsatgateXi heishan工况123456789辨退塞禁为标志与分水/kin图2进一步给出了西黑山分水口不同分流增量增幅与上游影响距离的关系,两者之间亦具有较好的函数关系,可用下面的负指数形式的拟合公式表示: S=114?45—114?96exp(一5上)(以?为标志)(5):一623e【一上.2359)(以005mS69.26467.P7.8763lOm为标志)(6)S=47.620—42?597exP【一)(以o?5m为标志)(7)式中,S表示上游影响距离,km;r口以百分比计.对于其它分水口流量增加的工况10—15,有以下结果.表6列出了各工况下分水增量比例占渠道流量比例,分水流量变化速率与上游影响范围(以水位波动0.15m为标准),分水口水位降落速率的计算结果.图3给出了两分水口的分水增量占渠段流量比例与的散点关系,图4给出了两分水口的分水增加速率与分水口处水位初始1h降落速率的散点关系,同时分别给出了利用式(3)和式(4)计算得到的西黑山分水口的结果.从图3可以看到,西黑山分水口的—r关系落在田庄,郑湾分水口之间;从图4则可以看到,一关系则位于田庄,郑湾分水口之上;各分水口的曲线之间存在较大差异.说明初始1h水位降落速度应用基础与工程科学不仅与分水增量占渠段流量比例分水增加速率等有关,还可能与与初始分流量占渠道流量比例,渠道设计流量等有关.尽管这样,在分水增加速率相同时,由于渠道过流量最小,西黑山分水口的最大,其初始1h的水位降落速度也最大. 图2西黑山分水口不同分流增量比例与影响距离的关系Fig.2Relationbetweentheincreasingproportion ofwaterdiversionandtheinfluencedistanceof waterfluctuationatgateXiheishan图4初始1h水位降落速度与分水增加速率的关系比较Fig.4Comparisonbetweenthedecreasing velocityofwaterlevelandtherateof waterdiversionincrementinthefirst1hour图3初始1h水位降落速度与分水增量占渠段过流量比例的关系比较Fig.3Comparisonbetweenthedecreasingvelocity ofwaterlevelandtherateofwaterdiversion incrementtoflowinchannelrqinthefirst1hour图5分水口分流增量r口与影响距离S的关系对比Fig.5Comparisonbetweenflowdiversionincrement口andinfluencingdistanceS图5比较了郑湾,田庄,西黑山分水口的分水增量占渠段流量比例与上游影响距离Is的关系.可以看到,郑湾和田庄分水口的曲线关系较为接近,但都明显不同于西黑山分水口.在大于2%时,相同的rq下,郑湾和田庄分水口的影响距离显着大于西黑山分水口.一般地,波动的影响距离与波速有关,在其它条件不变时,水深越大,波速也越大.比较郑湾泵站和田庄分水口附近渠段的水深,发现其水深均在6m以上,而西黑山分水口附王开等:输水渠道大流量分水口门的分级分水方式167近渠段水位均在4m以上不到5m.因此,西黑山分水口增加分流的操作所造成的水位波动对上游的影响较小.表6不同工况下分水流量变化影响I铀le6Theinfluenceofwaterdiversionvariationindifferentsimulationconditions 2.2.2分水口减小分流工况为了考虑分水口流量减小引起的总干渠水力响应特征,对郑湾泵站分水口,田庄分水口和西黑山分水口,分别考虑分水闸完全关闭的工况,如表7所示,作为分水流量减小的典型情形.表7分水口分水流量减小的工况Tab1e7Thesimulationconditionsofthedecreaseofwaterdiversion图6给出了计算500h后,渠道水流接近平衡状态时各工况下渠道沿程水位差.除工况1外,工况2和工况3的分水口处在1h内水位升高速率都达到或超过0.15m/h,500h后工况2和工况3.分水口处水位分别上涨了3.79m和2.52m.快,会在较短时间内造成渠道水位上涨过大,过快,容易对渠道安全产生不利影响.图6计算500h后各工况渠道沿程水位差2.2.3西黑山分水口门分级分水方式的探Fig?6Thew~iationofwaterlevelal.ng讨分水口门前水位下降幅度的影响因素出echanndu”d珀rem.0n一主要是流量变化速率和变化幅度.在分水口indmeof500h.啪应用基础与工程科学流量变化幅度较大时,为了将分水13门前水位下降控制在一定的范围内,拟定10种工况,如表9所示,探讨西黑山分水口的分级分水方式.表8各工况不同时刻分水口水位升高值和对上游影响距离Table8Theincrementofwaterlevelatthegatesandtheinfluencingdistanceofupstream indifferenttimepointsandunderdifferentconditions注:对上游影响范围以水位波动0.15m为标准表9西黑山分水口分级分水模拟工况Table9Simulationconditionsofwaterdiversionundermulti-stagemodeatga teXiheishan当分水口分水流量改变过大,过快时,可能造成渠道水面线的骤然变化,对渠道产生一定的安全影响.在西黑山分水口增加分流的计算分析中看到,当10min分水流量变化超过17.5m/s时,分水口处初始1h的水位降落超过0.15m.因此,对于流量变化较大或较快时有必要采取一定的措施来控制水位的降落.图7给出了各种工况下分水口处水位在初始3h内的水位变化过程,图7中两虚线的交点为lh水位下降0.15m的位置.可以看到,工况1和工况3初始第1个小时内的水位降落速率超过0.15m/h,而1_2h内和2.3h内所有工况的下降速率均没有超过0.15m/h.表10列出了各时段内西黑山分水口水位下降幅度.可以看出,5min和30min一次分水16m/s(工况I,2)和50min内二次共分水20m/s(工况3,4,7)这5种情况分水口处1h内水位下降超过或接近0.15m/h.因此,对于西黑山分水口1h内一次分水流量增加最好不大于16m./s,二次分水流量增加总量最好不大于20m/s.同时可以看到,将2次分水延长到2h内完成,能够较好控制水位下降速度,从而减小对渠道安全的影响.王开等:输水渠道大流量分水口门的分级分水方式表1O各时段内西黑山分水口水位下降幅度Table10Thedecreasingmagnitudeofwaterlevelindifferenttimeperiodsatga teXiheishan工况12345678910流量变化速率/m/minlh内水位下降幅度/ml—2h内水位下降幅度/m2—3h内水位下降幅度/m3h内水位累计下降幅度/m3结论65-3565-3输水渠道分水口的运行方式对于渠道的65.25控制运行有重要的影响,而渠道输水对分水65口流量变化的水力响应十分复杂.尤其是在～.: 分水口较多,渠道较长的输水渠道中,这种水65o 力响应是多个分水口和节制闸共同作用的叠65 加结果.本文通过对南水北调中线工程典型64-95 分水口分水流量不同变化情况的计算分析,”得到以下主要结论:(1)单个分水口分水流量的改变对于渠道水位的影响主要与分水流量改变的大小,速率,初始分流量及渠段断面形态等有关,对于所研究的典型分水口,即西黑山分水口,初始1h水位降落速率与分水流量变化速率呈一定的线性关系;(2)--4”--工况1.-I--T况2-+工况3—*一工”--ll--工况5-.-工况6+工况7一工况8一工况9+工况1O,00.511.522.533.5时问,h图7不同工况下西黑山分水口初始3h内水位变化Fig.7Thevariationofwaterlevelinfirst3hours underdifferentconditionsatgateXiheishan分水口分水流量的改变所能影响的上游距离与分水流量占渠道流量百分比及渠段水深等有关.增加的分水流量占渠道比例越大,渠段的水深越大,所能影响的范围越大;(3)分水口分水流量在短时间内的大幅减小容易引起水位的剧烈上涨,可能会造成分水口附近水位的大幅度壅高,导致水流漫溢事故的发生;(4)分级分水可有效减小渠道水位变化速率.为使渠段内不发生水位骤降,对于分流增加幅度过大的工况,可以考虑采用分级分水的方式.由于上一级分水造成的水位波动会对下一级分水的流量变幅和分水时间造成影响,每一级的流量变幅应该小于单次分水时的允许幅度.参考文献[1]美国内务部垦务局编着.庞进武,高占义,等译.渠系自动化手册[M].北京:中国水利水电出版社,1996:16-21U.S.BureauofReclamation.PangJinwu,GaoZhany~,tran8.Canalsystemsa utomationmanual[M].Beijing:ChinaWaterPowerPress,1996:16-21[2]LeslieSkertehlyMolina,MilesJP.Controlofanirrigationcanal[J].Journal ofHydraulicEngineering,1996,122(7):403-410[3]Ruiz—CarmonaVM,ClemmensAJ,SchuurmansJ.Canalcontrolalgorit hmformulations[J].JournalofIrrigationand DrainageEngineering,1998,124(1):31-39∞∞∞￡jnnnnn卯∞mnnn卯n∞nc;nnn∞Mn∞mnn∞∞¨m∞Lnnn∞∞mLnnnn∞:2n憾弘Lnnnn∞n∞Lnn∞∞勰c;nnn加:.∞∞l70应用基础与工程科学V01.17[4][5][6][7][8][9][1O][12][13;[14][15][16]DavidCRogers,JeanGoussard.Canalcontrolalgorithmscurrentlyinuse[J].J ournalofIrrigationandDlmnageEngineering,1998,124(1):11-15范杰,王长德,管光华,等.美国中亚利桑那调水工程自动化运行控制系统[J].人民长江,2006,37(2):4-5Fan.1ie,WangChangde,GuanGuanghua,eta1.Automaticoperationcontrol systemofmiddleal’J~nawaler11~sfel-worksofUSA[J].Y angtzeRiver,2006,37(2):4-5DavidcRogers,TimothyFKacerek,RobertSGooeh.Fielddataforverifyingc analtmsteadyflowmodels[J].Journalof IrrigationandDrainageEngineering,1993,119(4):679-692 ForrestMHollyJr,GaryPMerkley.Uniqueproblemsinmodelingirrigadonca nals[J】.JournalofIrrigationandDrainageEngineering,1993,119(4):656-662范杰,王长德,管光华,等.渠道非恒定流水力学响应研究[J].水科学进展,2006,7(1):55-60FanJie,WangClumgde,GuanGuanghua,eta1.StudyOilthehydraulicreactio nofunsteadyflowsinopenchannel[J]. AdvancesinWaterScience,2006,7(1):55-60王银堂,胡四一,周全林,等.南水北调中线工程水量优化调度研究[J].水科学进展,2001,12(1):72-80WangYintang,HuSiyi,ZhouQuanlin,et81.Optimalwateroperationforthew ater[1~llltferprojectfromsouthtonorth(middleroute)[J].AdvancesinWaterScience,2001,12(1):72-80畅建霞,黄强,王义民,等.南水北调中线工程水量仿真调度模型研究[J].水利,2002,(12):85-90ChangJianxia,HuangQiang,WangYimin,eta1.Waterdispatchsimulationm odelformiddlerouteofsouth-to-northwatertml~rproject[J].JournalofHydraulicEngineering,2OO2,(12):85-90 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.南水北调中线一期工程可行性研究总报告[R],2005ChangJiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch.Feasibilityst udyreportofsouth-to—northwatertransferproject[R],2005魏加华,王光谦,陈志祥,等.南水北调中线电子渠道平台建设[J].南水北调与水利科技,2007,5(2).28-30W’eiJiahua,WangGuangqian,ChenZhixiang,eta1.Digitalcanalofthemidd lerouteofsouthtonorthwaterdiversionproject[J].South—NothWaterDiversionProjectandWaterResourceScienc e,2007,5(2):28-30李炜.水力计算手册[M].北京:中国水利水电出版社,2006:370-372 LiWei.Hydrauliccalculationmanual[M].Beijing:ChinaWaterPowerPress, 2OO6:370-372谢鉴衡.河流模拟[M].北京:水利电力出版社,1990:43-60 XieJianheng.Rivermodeling[M].Beijing:ChinaWaterPowerPress,1990:4 3-60清华大学水利水电工程系,水利部水利水电规划设计总院.南水北调中线一期工程长距离调水水力调配与控制技术研究及应用非恒定水力响应分析成果报告[R],2006 DepartmentofI-IydmulieandttydropowerEngineering,WaterResourcesan dI--IydropowerPlanningandDesignGeneralInstitute.Hydraulicalloeationandcontrollingtechniqueforlongdistancewal ~rdiversionchannelof~outh-tO?nol’thwall~nlrproj~-reportOilhydraulicl’eactionofunsteadyflows[1t],2006杨国录.河流数学模型[M].北京:海洋出版社,1993:89-94Y angGuolu.blumeriealmodelingforriver[M】.Beijing:ChinaOceanPress ,1993:89-94NO.2王开等:输水渠道大流量分水口门的分级分水方式171Multi-stageDiversionModesforLargeFlowDividing GatesinWaterTransportationChannelWANGKai,ZHANGCheng,WANGGuangqian,FUXudong (StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering,Ts.mglIuaUniversi ty,Beijing100084,China)Abstract TakingthetypicaldividinggatesofSouth—NorthWaterTransferMidlinePro jectasaresearchobject,thispapercalculatesandanalyzestheoperationmodesofdiffe rentflow dividinggatestllonedimensionunsteadyflowmode1.Thecorrespondinghydraulicresponse.includingthechangingmagnitude,velocity,andtheinfluencingrangeofwate rlevelisstudied, thecorrelationofthewaterdiversionrateandthewatersurfaceprofileisestabli shed,andthe multi—stageoperationmodeofwaterdiversionisproposed.TaketheGateXi heishan,whose designedwaterdiversiondischargeishalfofthedesigneddischargeofthecha nnel,asanexample,itisrecommendedthat,in1hour,theincrementofdividingflowshou ldbelessthan16m/sbyonceand20m/sbytwice.Nevertheless.山edecreasingvelocityofwaterlevel wouldbebettercontrolledandtheinfluencetochannelwouldbelessifthewate rdiversionoperationbysecondtimeisaccomplishedin2hours.Keywords:flowdividinggates;South—NorthWaterTransferProject;water diversionundermulti-stagemode;hydraulicresponse。
水闸设计方案
目录第No table of contents entries found.水闸设计第一、水力设计一、闸孔设计1、闸室结构型式：开敞式水闸2、孔口尺寸的肯定 （1）拟定闸孔尺寸 1）设计洪水情形：上游水深：m H 93.330.2223.26=-= 下游水深：m h s 76.230.2206.25=-= 过水断面面积：21.106193.3270m H b =⨯=⋅=ω 上游行近流速：s m Qv /89.11.106120100===ω有效水头：m g v H H 11.48.9289.193.322200=⨯+=+=α（其中0.1取α） 8.067.011.476.20<==H h s ，属于自由出流。
宽顶堰自由出流公式：2302H g Bm Q ε=，对于无坎宽顶堰385.0=m ，假设95.0=ε 即m Hg m QB 00.14911.48.92385.095.0201022323001=⨯⨯⨯⨯==ε2）校核洪水情形上游水深：m H 23.430.2253.26=-= 下游水深：m h s 21.330.2251.25=-=过水断面面积：21.114223.4270m H b =⨯=⋅=ω 上游行近流速：s m Qv /98.11.114222650===ω有效水头：m g v H H 33.48.9298.123.422200=⨯+=+=α（其中0.1取α）8.074.033.421.30<==H h s ，属于自由出流。
宽顶堰自由出流公式：2302H g Bm Q ε=，对于无坎宽顶堰385.0=m ，假设95.0=ε 即m Hg m QB 24.15533.48.92385.095.0226422323002=⨯⨯⨯⨯==ε比较1），2）的结果，0201B B <，可见引水浇灌是肯定孔口尺寸的控制尺寸，故闸孔净宽0B 宜采用较大值。
拟将闸孔分为11孔，取每孔净宽为，则闸孔实际总净宽m B 21.15511.14110=⨯=，为了减小闸孔总净宽，节省工程量，闸底板谊采用整体式平底板。
水力学 静水压强演示实验
Δp = ρgΔh .在压差相同的情况下，不同的液体对应不同的液柱高。用这个原理可以测定
液体的重度。
实验设备
如图所示，在一全透明密封有机玻璃箱内注水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压 筒相连，调压筒的顶部与大气连通。水箱顶部装有排气阀K1，另从孔口K2接出管子与测压排 中的三个U形比压计中的测管 1，3，5 相通，U形比压计 1-2 与水箱不连通，内装液体为油， ρ 油 < ρ 水 ，U形比压计 3-4、5-6 在测点A和B（底部）与水箱接通。从开关K3接出的管子插入 另一容器中的染色水中。
即在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。
z 测压管的一端接大气，这样就把测管水头揭示出来了。再利用液体的平衡规律，可知连
通的静止液体区域中任何一点的压强，包括测点处的压强。这就是测压管量测静水压的
原理。
z
压强水头 p ρg
和位置水头
z
之间的互相转换，决定了液柱高和压差的对应关系：
实验数据记录
仪器编号：
有关常数：A点高程 ∇ A =
cm，B点高程 ∇B =
cm， ρ 水 = 1.0×10-3 kg/cm3
测管液面高程读数记录
工况
测次
∇1 (cm)
∇2 (cm)
∇3 (cm)
∇4 (cm)
∇5 (cm)
∇6 (cm)
1
p0 > pa2#源自1p0 < pa
2
#
静压-2
实验结果
静水压强量测结果
a点高程10103kgcm测管液面高程读数记录工况静压2实验结果静水压强量测结果工况表面压强的改变基准面oo线位置的改变对ab两点的位置水头与压强水头有什么影响
水闸的原理
水闸的原理水闸是一种用来控制水流的设施，它可以调节水流的大小和方向，起到了重要的防洪、灌溉和航运作用。
水闸的原理主要是通过控制闸门的开启和关闭来实现对水流的调节，下面我们来详细了解一下水闸的原理。
首先，水闸的原理是基于流体力学的基本原理。
当水流经过闸门时，闸门的开合会改变水流的流速和流向。
通过调节闸门的开度和角度，可以控制水流的大小和流向，从而达到控制水位和水流的目的。
其次，水闸的原理还涉及到水力学的知识。
在水闸中，闸门的设计和形状会影响水流的速度和压力分布。
通过科学的设计和计算，可以使闸门在不同水位下能够承受不同的水压，保证水闸的安全运行。
此外，水闸的原理还包括了控制系统的作用。
现代水闸通常配备了自动控制系统，可以根据实时的水情和需要进行智能调节。
通过传感器、执行器和控制器的协作，可以实现对水闸的精确控制，提高了水闸的运行效率和安全性。
另外，水闸的原理还与土木工程学密切相关。
水闸的建设需要考虑地质、土壤和地基等因素，确保水闸的稳固和可靠。
同时，水闸的设计还需要考虑到周边环境和生态保护，减少对周围生态系统的影响。
最后，水闸的原理还包括了对水文气象的考虑。
水闸的运行需要根据实际的水文气象条件进行调整，以适应不同的气候和水文变化。
通过科学的水文预测和气象监测，可以做到及时调整水闸的运行，保证其正常运行和防洪效果。
综上所述，水闸的原理涉及到流体力学、水力学、控制系统、土木工程和水文气象等多个学科的知识。
通过对这些知识的综合运用，可以实现对水流的精确控制，保障水利工程的安全和效益。
水闸作为重要的水利设施，在防洪、灌溉和航运等方面发挥着重要作用，其原理的深入理解对于水利工程的设计和运行至关重要。
清华水力学实验：03文透里管
流量系数还体现了渐变流假设是否得到了严格的满足这个因素。对于文透里流量计，下
游断面设置在喉道，可以说渐变流假设得到了严格的满足。而对于孔板流量计，因下游
的收缩断面位置随流量而变，而下游的量测断面位置是固定不变的，所以渐变流假设往
往得不到严格的满足。
对于某确定的流量计，流量系数取决于流动的雷诺数： Re
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2． 查阅用压差计量测压差和用体积法量测流量的原理和步骤。 3． 对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进
水开关，给水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。 4． 检查下游截门全关时，比压计各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不平，则需排
过率定的流量计？
注意事项
1. 每次改变流量，量测必须在水流恒定后方可进行。 2. 若有两个以上同学参加量测实验，读压差计、掌握阀门、测量流量的同学要相互配合。 3. 注意爱护秒表等仪器设备。 4. 实验结束后，关闭电源开关、拔掉电源插头。
文透里-5
文透里流量计及孔板流量计率定实验
原理简介
z 文透里管是一种常用的量测有压管道流量的装置，属压差式流量计。它包括“收缩段”、 “喉道”和“扩散段”三部分，安装在需要测定流量的管道上。在收缩段进口断面 1-1 和喉道断面 2-2 上设测压孔，并接上比压计，通过量测两个断面的测管水头差 Δh ，就可 计算管道的理论流量 Q ，再经修正得到实际流量。
2gΔh = K Δh ，
式中
K=π 4
d12 d22
d14
−
d
4 2
2g .
z 流量系数：
流量计流过实际液体时，由于两断面测管水头差中还包括了因粘性造成的水头损失，流
闸门启闭力计算 边界条件
闸门启闭力计算边界条件闸门是一种常见的水利工程设施，用于控制水流的启闭。
在闸门的设计和施工过程中，需要计算闸门的启闭力，以确保闸门能够正常运行并承受水流的压力。
本文将以闸门启闭力的计算为主题，探讨其边界条件。
一、闸门启闭力的概念和作用闸门启闭力是指闸门在启闭过程中所受到的力的大小。
它是设计和施工闸门时必须考虑的重要因素之一，对于确保闸门的稳定性和安全性具有重要意义。
闸门启闭力的计算可以帮助工程师确定闸门的尺寸、材料和结构，以满足工程的要求。
二、闸门启闭力的计算方法闸门启闭力的计算方法多种多样，其中一种常用的方法是利用水力学原理进行计算。
根据流体力学的基本原理，闸门启闭力可以通过以下公式进行计算：F = ρ * g * A * H其中，F表示闸门启闭力，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，A 表示闸门面积，H表示水深。
在实际应用中，闸门启闭力的计算需要考虑以下几个边界条件：1. 水深：水深是计算闸门启闭力的重要参数之一。
它可以通过水文数据或现场测量获得。
在计算中，应根据闸门所处的水位来确定水深的值。
2. 闸门面积：闸门的面积是计算闸门启闭力的另一个重要参数。
它可以根据闸门的尺寸和形状来确定。
在计算中，应确保闸门面积的准确性和可靠性。
3. 水密度：水密度是计算闸门启闭力的参数之一。
它可以根据水的温度和压力来确定。
在计算中，应根据实际情况确定水密度的值。
4. 重力加速度：重力加速度是计算闸门启闭力的常数值。
在地球上，重力加速度的数值约为9.8m/s²。
在计算中，应使用准确的重力加速度数值。
5. 其他因素：闸门启闭力的计算还需要考虑其他因素，如水流速度、流体动压力等。
这些因素会对闸门启闭力产生影响，需要在计算中进行综合考虑。
三、闸门启闭力计算的应用闸门启闭力的计算在水利工程中具有广泛的应用。
它可以用于确定闸门的结构、尺寸和材料，以满足工程的要求。
闸门启闭力的计算结果可以作为设计依据，用于指导闸门的制造和安装。
水力学实训报告心得体会
一、引言水力学作为一门研究流体运动规律的学科，在水利工程、船舶运输、海洋工程等领域具有重要的应用价值。
为了更好地理解和掌握水力学的基本原理，提高实际操作能力，我们进行了为期一个月的水力学实训。
在此，我将结合实训过程中的所见所闻，分享我的心得体会。
二、实训内容与过程1. 实训内容本次水力学实训主要包括以下几个方面：（1）水力学基本理论的学习，如流体力学基本方程、连续性方程、伯努利方程等；（2）水工建筑物模型实验，如渠道、闸门、溢流坝等；（3）流体力学仿真软件的应用，如FLUENT、ANSYS等；（4）实际工程案例分析，如南水北调工程、三峡工程等。
2. 实训过程（1）理论学习：在实训开始阶段，我们系统学习了水力学的基本理论，了解了流体运动的基本规律和计算方法。
（2）模型实验：在指导老师的带领下，我们进行了渠道、闸门、溢流坝等水工建筑物模型实验，掌握了实验原理、仪器设备的使用和实验操作方法。
（3）仿真软件应用：我们学习了流体力学仿真软件FLUENT、ANSYS等的使用方法，通过模拟实际工程，分析了流体运动规律和参数变化对工程的影响。
（4）案例分析：通过分析南水北调工程、三峡工程等实际工程案例，我们了解了水力学在工程中的应用，提高了解决实际问题的能力。
三、实训心得体会1. 理论与实践相结合通过本次实训，我深刻体会到理论与实践相结合的重要性。
在学习水力学基本理论时，我们不仅要掌握公式、定律，还要了解其在实际工程中的应用。
通过模型实验和仿真软件应用，我们将理论知识与实际操作相结合，提高了自己的动手能力和解决问题的能力。
2. 注重实验操作规范在实训过程中，我们严格遵守实验操作规范，确保实验数据的准确性和可靠性。
同时，我们学会了使用实验仪器设备，提高了自己的实验技能。
3. 团队合作与沟通实训过程中，我们分组进行实验和案例分析，充分体现了团队合作的重要性。
在团队中，我们互相学习、互相帮助，共同完成了实验任务。
此外，我们还与指导老师进行了良好的沟通，及时解决了实验中遇到的问题。
各种堰流水力学计算说明书D-4
D-4 各种堰流水力学计算序作者 陈靖齐（水电部天津勘测设计院） 校核 潘东海（水电部天津勘测设计院）一、分类和判据（一）薄壁堰，δ/H ＜0.67；（二）实用堰，0.67＜δ/H ＜2.5； （三）宽顶堰，2.5＜δ/H ＜10。
式中：δ—堰的厚度；H —堰上作用水头。
二、薄壁堰（一）流量公式：（二）流量系数，用巴赞（Bazin ）公式：适用范围 H=0.1—0.6m ，q=0.2—2.0m ，H ≤2P式中：H —堰上水头（m ），不包括V 02/2g ；P —堰高（m ）。
考虑侧收缩时，式中：b —堰宽（m ）；B —引水渠宽（m ）。
（三）因为作为量测流量的薄壁堰不宜在淹没条件下工作，故本程序不包括薄壁堰的 淹没问题。
三、宽顶堰（一）流量公式式中：H 0=H+V 02/2g （m ），B —堰宽，其他：2/302Hg b m Q =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=20)(55.01)/0027.0405.0(P H H H m ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎪⎭⎫⎝⎛++∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=22055.01103.00027.0405.0B b P H H B b H m 2/302H g B m Q εσ=（三）侧收缩系数（四）流量系数m 因前沿形式而异：直坎：圆坎：无坎宽顶堰m 值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计ξk 。
本数据库备有直角翼墙；八字形翼墙，ctg θ=0，0.5，1.0，2.0，圆角形翼墙r/b=0，0.2，0.3，0.5，分别对B/B 0=0，0.1，0.2，…，1.0之m 值。
（五）根据设计流量和水头计算堰宽时，本程序从流量公式中，经过适当变换，直接求出B 。
这比试算法、迭代法精度都高。
四、实用堰（一）堰形WES 剖面y/Hd=0.5（X/Hd ）1.85X ≥0上游三圆弧大圆狐 x 12+y 12=R 12 -b 1≤x ≤0 中圆弧 x 22+y 22=R 22 -b 2≤x ≤-b 1 小圆弧 x 32+y 32=R 32 -b 3≤x ≤-b 2 式中参数值：R 1=0.5Hd R 2=0.2Hd R 3=0.04Hd b 1=0.175Hd b 2=0.276Hd b 3=0.2818Hd()[]nbH n k /12.0100ξξε-+-=HP H P m /75.046.0/301.033.0+-+=HP HP m /5.12.1/301.036.0+-+=（二）流量公式式中：m —流量系数；m —f （H 0/Hd ），为实验曲线。
水力学 静水总压力量测实验
1． 测定矩形平面上的静水总压力。 2． 验证静水压力理论的正确性。
静力-2
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2． 熟悉仪器，记录有关常数。 3． 用底脚螺丝调平，使水准泡居中。 4． 调平衡锤使杠杆处于水平状态，此时扇形体的矩形端面处于铅垂位置。 5． 打开进水阀门K1，放水进入水箱，待水流上升到一定的高度，关闭K1 . 6． 加砝码到水平盘上，使杠杆恢复到水平状态。如不行，则再加水或放水直至平衡为止。 7． 测记砝码重量 G，记录水位的刻度数。 8． 根据公式，计算受力面积和静水总压力作用点至底部距离及作用点至支点的垂直距离L1 . 9． 根据力矩平衡公式，求出静水总压力 P . 10．重复步骤 4-8，水位读数在 100mm 以下（三角形压强分布）做四次，以上（梯形压强分
−∫∫
G pn
d
A
=
−nG∫∫
p
d
A
.
A
A
作用力垂直于作用面，指向自己判断。
z 静压强分布是不均匀的，沿铅垂方向呈线性分布，
其平均值为作用面（平面图形）形心处的压强。
总压力大小等于作用面形心C处的压强pC乘上作
用面的面积A，即 ∫∫ p d A = pC A .
A
z 如果平面上作用着均匀分布力，其合力的作用点
⎧0 h = ⎨⎩H − a0
H < a0 H ≥ a0
0
0
0
砝码质量（g） m
静力-3
实验结果
压强分 布形式
作用点距 测 底部距离 e 次 H − h ⋅ 2h + H
3 h+H
(cm)
1 三角形分布 2
#
平板闸门垂直收缩系数表
平板闸门垂直收缩系数表一、导言平板闸门是一种常见的水利工程设施，用于控制水流的流量和水位。
为了确保闸门的正常运行和安全可靠，垂直收缩系数是一个重要的参数。
本文将以人类的视角，向读者介绍平板闸门垂直收缩系数的相关知识。
二、什么是垂直收缩系数？垂直收缩系数是指平板闸门在受到水流冲击时，其垂直方向的收缩程度。
它是一个衡量闸门结构强度和稳定性的重要指标，也是设计者在工程设计中必须考虑的因素之一。
三、垂直收缩系数的影响因素1. 材料强度：闸门的材料强度直接影响着其垂直收缩系数。
强度越高的材料，闸门在受到水流冲击时，垂直收缩程度越小。
2. 闸门尺寸：闸门尺寸的大小也会对垂直收缩系数产生影响。
一般来说，较大尺寸的闸门在受到水流冲击时，垂直收缩程度相对较小。
3. 水流速度：水流速度是另一个重要因素。
水流速度越大，闸门受到的冲击力就越强，垂直收缩程度也会增大。
四、垂直收缩系数的计算方法垂直收缩系数的计算方法较为复杂，一般需要依靠数值模拟和实验数据分析。
在实际工程中，设计者会根据闸门的具体情况和工程要求，结合经验公式和实验数据，进行综合计算。
五、实际应用垂直收缩系数在平板闸门的设计和施工中起着重要作用。
通过合理地选择闸门材料、尺寸和结构，可以降低闸门受到水流冲击的影响，提高闸门的稳定性和可靠性。
六、结论平板闸门垂直收缩系数是衡量闸门结构强度和稳定性的重要指标。
它受到材料强度、闸门尺寸和水流速度等因素的影响。
在实际工程中，设计者需要通过计算和实验数据分析来确定垂直收缩系数，并根据其结果进行合理的设计和施工。
只有这样，才能确保平板闸门的正常运行和安全可靠。
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清华大学水利水电工程系水力学实验室
水 力 学
流体力学
课程教学实验指示书 平板闸门出流实验
原理简介
z 水利工程中常用水闸来控制渠道中的流量。
当闸前水头H 保持不变时为闸孔恒定出流，如图所示。
闸门开度为e 时，水流因有惯性作用，在闸后发生垂向收缩，并约在闸门下游（0.5~1.0）e 处出现水深最小的收缩断面C-C ，该断面水流可以认为是渐变流动。
收缩水深h c0与开度e 呈下列关系：
h c0=e ⋅ε
式中：ε为垂向收缩系数，ε值取决于闸门型
式及相对开度e/H ，一般取ε为0.62～
0.66 .
z 平板闸门收缩断面流速可由下式计算：
)(2000c c h H g v −=φ 式中：流速系数ζαφ+=
c 1，对平坎上闸孔出流，
值为0.85~0.95 .
z 平板闸孔的流量公式为：
)(2)(2000000c s c c c h H g be h H g be v bh Q −=−⋅=⋅=μφε
式中：流量系数φεμ⋅=s . 上式可改写为： 002gH be Q μ=
0μ的经验公式为： H
e 176.060.00−=μ
z 对闸孔淹没出流，由于收缩断面被淹没，尽管主流
水深为，但该处旋滚表面水深为，所以出流的
有效作用水头由变为0C h h z 00C h H −H h z 0−，从而影响闸孔
的泄流能力。
实验设备
实验在玻璃水槽中进行，如图所示。
水槽长6.5m、宽b为0.2m、高0.45m；槽中设P=0.1m 平坎，坎上安设有螺杆带动可升降的平板闸门。
水槽由上游进水管供水，由孔板（或文透里管）流量计测定实验流量Q；控制闸门开度e使形成闸孔出流，利用槽末尾门调节下游水位使呈自由或淹没出流。
利用活动测针沿轨道移动以量测上下游水位。
实验目的和要求
1．观察平板闸门自由出流或淹没出流时的水流现象。
2．量测平板闸门自由出流的收缩系数ε、流速系数φ与流量系数μ等值。
实验步骤
1．记录有关常数，如槽宽b、坎高P及测针在闸上下游底板上的零点读数等。
2．开启进水节门放水，排净孔板流量计的比压计中气泡；然后关门停水，使比压计处于正常状态。
正式实验时，使流量由小到大，放水入玻璃水槽；调整平板闸门开度e与尾门，使呈闸孔自由出流状态，观察闸孔出流的流态。
3．对每个流量，待水流稳定后，量测比压计中压差值以确定流量Q；利用测针量测收缩断面水深h c0，应测三次以上取平均值；并量测上游水位定出工作水头H值。
改变流量数次，重复以上步骤。
4．对某一流量，调整尾门抬高下游水位使呈闸孔淹没出流，观察淹没流态的特点。
实验完毕关闭进水节门停水，应检查测流量用的比压计是否仍处于正常状态。
实验数据记录
仪器编号：
z 根据要求自拟数据记录表格。
实验结果
z 根据实测的h c0和e 值，计算闸门垂向收缩系数ε值，并与经验值进行比较。
z 根据实测流量Q 、h c0与b 值，计算收缩断面流速v c0值，由公式计算流速系数φ值，并与经验值相比较。
z 由公式φεμ⋅=s 计算平板闸门流量系数s μ值，并与按式)(200c s h H g be Q
−=μ算得的值进行比较。
根据式002gH be Q
=μ计算0μ值，并与由式H
e 176.060.00−=μ算出的经验值作比较。
分析引起差异的原因。
分析思考问题
1. 本实验平板闸门安装在一个长的平坎上，如闸门靠近平坎的上游或下游端时，对各种系数值有无影响？现安装在坎中间，能否按平底上闸孔出流考虑？
2. 量测闸上游水位时，测针应在何处测读？ 注意事项
1. 放水入槽时，应先打开下游尾门，再慢慢调节平板闸门，以免水流溢出槽外。
2. 孔板流量计的比压计中不允许存有气泡，实验前后应检查，要求两个液柱应保持齐平。