水力学课件-堰流及闸孔出流

因ht=3.5m h =3.5m，故 hc′′ < ht ，闸孔为淹没出流
ht − hc′′ 3.5 − 2.9 = = 0.286 ，查图8.34得 σ s = 0.72 由潜流比 5 − 2.9 H − hc′′
所以通过闸孔的流量为 Q = σ s µ eb 2 gH 0
= 0.72 × 0.56 ×1× 3 × 19.6 × 5.03 = 12.01m3 / s
2 Q3 = σ s 3 mb 2 g H 03 = 0.82 × 0.3466 × 1.28 × 19.6 × 0.88 2 = 1.33m3 / s 3 3
前进
（6）第四次近似计算流量
2 V03 Q32 1.332 =H+ = 0.85 + = 0.88m H 04 = H + 2 2 2g 2 gA0 19.6 × (1.28 ×1.35) hs = 0.91 Q 查表8.2得σs4=0.82 H 04
H
当矩形薄壁堰无侧收缩， 当矩形薄壁堰无侧收缩，自由 出流时，水流最为稳定， 出流时，水流最为稳定，测量精 度也较高； 度也较高； 堰上水头不宜过小（ 堰上水头不宜过小（应大于 2.5m）； 2.5m）； 水舌下面的空间通气良好； 水舌下面的空间通气良好；
三角形薄壁堰适用于小流量的 量测； 直角三角形薄壁堰的计算公式 可简化为 5
3 3
（3）第一次近似计算流量 hs = 0.94 查表8.2得σs1=0.70 设H01=H=0.85m， Q H 01
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.082 =H+ = 0.85 + = 0.87 m H 02 = H + 2 2 2g 2 gA0 19.6 × (1.28 ×1.35) hs = 0.92 Q 查表8.2得σs2=0.78 H 02
∴ m = 0.32 + 数
Q P 0.5 1 = = 0.59 < 3 H 0.85
hs hs ht − P2 Q ≈ = = 0.94 > 0.8 H0 H H
P 0.46 + 0.75 1 H
= 0.3466
Q1 = σ s1mb 2 g H 012 = 0.7 × 0.3466 × 1.28 × 19.6 × 0.85 2 = 1.08m3 / s
淹没条件：
hs > 0.15 H0 P2 <2 H0
hs ht
H
返回
宽顶堰流的水力计算
Q = σ s ε 1mb 2 g H 0
3 2
流量系数
m = 0.32 + 0.01
3−
P1 H P1 H
0.46 + 0.75
hs
P1 P ≤ 3, 1 > 3时 , m = 0.32 H H P 3− 1 H m = 0.36 + 0.01 P 1.2 + 1.5 1 H P P 0 ≤ 1 ≤ 3, 1 > 3时 , m = 0.36 H H 0≤
Q
δ
H
=
5 =1 5
所以该堰为实用堰 所以为闸孔出流
e 1 （2）判别堰闸出流 H = 5 = 0.2 ≤ 0.75
（3）确定系数
由表8.9查得闸孔流量系数 µ = 0.667
（4）计算过闸孔流量
Q = µ be 2 gH = 0.667 × 5 × 7 × 1 19.6 × 5 = 231m3 / s
2 Q3 = mb 2 g H 03 = 0.3466 ×1.28 × 19.6 × 0.90 2 = 1.68m3 / s 3 3
Q3 − Q2 1.68 − 1.65 = = 1.79% Q3 1.68
符合要求
hs h − P2 = t = 0.689 < 0.8 H 03 H 03
前进
（6）验证出流形式
t = ∑ ∆t i
返回
K K ht i1=0
c c
平板闸门 µ = 0.60 − 0.176 流量系数 弧形闸门 淹没系数 查图8.34
µ = (0.97 − 0.81 αo
180
e H
αo
180 ) o e H
) − (0.56 − 0.81 o
前进
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=0.8m/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
堰
流
闸孔出流
堰流不受闸门控制 水面为一条光滑的 曲线， 曲线，而闸孔出流 受闸门的控制水面 在闸门处不连续。 在闸门处不连续。
都是上游壅水， 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 过程； 过程； 都是急变流， 都是急变流，能量 损失主要是局部水头 损失。 损失。
Q = C0 H
2
返回
实用堰流的水力计算
剖面形状设计
克里格——奥菲采洛夫剖面 WES剖面 渥奇剖面
Hd
前进
实用堰系数确定
Q = σ s ε 1 mb 2 g H 0 2
3
WES堰 md=0.502； 克—奥堰 md=0.49；
H0 ε1 = 1 − 2[ K a + (n − 1) K P ] nb′
淹没条件 侧收缩系数
ε1 = 1 −
3
hs > 0.8H 0
α0
P1 0.2 + H
⋅4
b b (1 − ) B B
返回
例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与 上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。 解：（1）判别堰型
Q
H=0.85m P1=0.5m ht=1.12m
δ
H
返回
底坎为曲线型实用堰的闸孔出流
Q = µ be 2 gH 0
H e
平板闸门 µ = 0.65 − 0.186 流量系数 弧形闸门 查表8.9
e e + (0.25 − 0.375 ) cos θ H H
前进
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
曲线形
按δ/H分类 分类
0.67<δ/H<2.5 实用堰流 宽顶堰流
折线形 有坎
2.5<δ/H<10
无坎
前进
按下游水位是否对过堰 水流有顶托阻水的影响
自由堰流 淹没堰流
无侧收缩堰流 b=B 按有无侧向收缩 有侧收缩堰流b≠B 有侧收缩堰流
返回
堰流的基本公式
应用能量方程式可推得
H
V0
Q = σ sε 1m b
2 Q4 = σ s 4 mb 2 g H 03 = 0.82 × 0.3466 × 1.28 × 19.6 × 0.88 2 = 1.33m3 / s 3 3
Q4 − Q3 1.33 − 1.33 = =0 Q4 1.33
符合要求，故所求流量为1.33m3/s。
返回
闸孔出流的基本公式
H
e
ht
Q = σ sµ be
过 堰 流 量 淹 没 系 数 侧 收 缩 系 数 流 量 系 数 堰 宽
2g H
堰 顶 全 水 头
3
2
0
H0 = H +
α V 02
2g
σ s ≤ 1 ε1 ≤ 1
堰流量Q 堰流量 堰 堰 b H
薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系， 薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为 水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。 水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。
前进
主要内容
堰流与闸孔出流 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 闸孔出流水力计算实例
结束
既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰 既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
前进
（4）判别出流是否淹没 则收缩断面水深 hc的共轭水深
由
e = 0.2 查表8.7得 H
ε 2 = 0.620
hc = ε 2 ⋅ e = 0.62 ×1 = 0.62m
hc 8q 2 hc′′ = ( 1 + 3 − 1) 2 ghc 0.62 8 × 5.562 = ( 1+ − 1) = 2.9m 3 2 9.8 × 0.62
H e 1 = = 0.2 ≤ 0.65 故为闸孔出流 H 5 e µ = 0.60 − 0.176 = 0.56 （2）确定流量系数 H
hc
ht
（3）设下游为自由出流，计算过闸流量
V02 0.82 = 5+ = 5.03m H0 = H + 2g 19.6
Q = µ eb 2 gH 0 = 0.56 ×1× 3 × 19.6 × 5.03 = 16.68m3 / s
过 闸 流 量 淹 没 系 数 流 量 系 数 闸 宽 闸 门 开 启 高 度 闸 闸孔的 的 式
2 gH
闸 孔 全 水 头
0
H0 = H +
α V 02
2g
闸 e/H
的
底坎为宽顶堰型的闸孔出流 Q = σ s µ be 2 gH 0
自由出流——水跃在临界式或远离式位置处 自由出流 淹没出流——水跃在淹没式位置处 淹没出流
Q0
△