第八章 堰流及闸孔出流典型例题1
堰流及闸孔出流
二次近似计算
v0 =
32.3 Q Q = = = 1.09 m s A H1 B0 3.1× 9.6
2
v0 1.09 2 H0 = H + = 2.5 + = 2.56m 2g 19.6
m = 0.378
0
ζ cr = 0.7
查 表:
hs 2.125 − 0.5 = = 0.83 > 0.8 H0 2.5
1.研究任务 2.研究方法
研究水流状态和过流能力。
过闸、堰水流虽为急变流,但其上、下游为 均匀流,应用能量方程、连续方程可求解。
3.定义
(1)堰流:从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物,称为 堰;通过堰的水流称为堰流。
(2)闸孔出流:有闸门控制水流的泄水建筑物,称为闸;通过 闸孔的水流称为闸孔出流。
(4)按上游渠道宽度B与堰宽b的关系
侧收缩堰:B>b 无收缩堰:B=b
(5)按堰与渠道水流方向位置
正交堰:堰与渠道水流方向正交 斜交堰:堰与渠道水流方向不正交 侧 堰:堰与渠道水流方向平行
几种常见堰形
水
δ 薄壁堰
δ 实用堰
δ 实用堰
δ 宽顶堰
δ 宽顶堰
六.堰流、闸孔出流的判别
宽顶堰 实用堰
e > 0 .65 H
e ≤ 0 .65 H
e > 0 . 75 H
e ≤ 0 .75 H
堰
流
闸孔出流
堰
流
闸孔出流
其中 e—闸门开度
H—堰、闸前水头
§8—2 堰流的基本公式
一.基本公式
以无侧收缩影响和淹 以无侧收缩影响和淹 没的宽顶堰为例。取堰 没的宽顶堰为例。取堰 顶为基准面,列1-1和2顶为基准面,列1-1和22断面的能量方程: 2断面的能量方程:
堰流闸孔出流和桥涵过流的水力计算资料
有些临时性的挡水建筑,如叠梁闸门也可近似作薄 壁堰流计算。
另外,工程上广泛应用的曲线型实用堰,其外形一 般按照矩形薄壁堰流水舌缘曲线设计。
所以,薄壁堰流的研究是具有实际意义的。
常用的薄壁堰,堰坎顶部的过水断面常作成矩形或 三角形,分别称为薄壁堰或三角形薄壁堰。
(
y Hd
)
k(
x Hd
)n
式中:系数
k
Hd
4 cos2 u 2
;指数 n =2。
2g
我国采用的剖面有: 1.克里格-奥菲采洛夫(过去常用) 2.渥奇 3.美国水道试验站WES型(现在常用)
WES剖面如图
二、WES剖面型实用堰的流量系数m
实验研 究表明,曲 线型适用堰 的流量系数 主要决定于 上游堰高与 设计水头之 比 P1 / Hd ,堰 顶全水头与 设计水头之 比H0 / Hd 以及上游面 的坡度。
图8-5是实验室中测得的无测收缩,非淹没矩形薄壁堰 自由出流的水舌形状。
无测收缩,非淹没矩形薄壁堰的流量按(8-1)式计算
即
Q mb 2g H03/2
为了便于根据直接测出的水头来计算流量,可改写(8-1) 式,把行近流速的影响包括在流量系数中去:
Q mb
2g
H
a0 v0 2 2g
3/ 2
m1
H
式中:e为闸孔开度;H为从堰顶算起的闸前水深。
8-1 堰流的分类及水力计算基本公式
一、堰流的分类
水利工程中 常根据不同 的建筑材料 和使用要求 作成不同的 堰。 堰坎外形及 厚度不同其 能量损失及 过水能力也 会不同。
水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1.doc
水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1(总分:94.00,做题时间:90分钟)一、单项选择题(总题数:6,分数:12.00)1.单项选择题下列各题的备选答案中,只有一个是符合题意的。
(分数:2.00)__________________________________________________________________________________________ 2.两个WES型实用堰,都属于高堰,它们的设计水头H d1>H d2,但堰顶水头H 1 =H d1,H 2 =H d2,两者的流量系数关系是_____。
( )(分数:2.00)A.m 1 =m 2B.m 1>m 2C.m 1<m 2D.不能确定3.锐缘平面闸门的垂向收综系数ε’随相对开度e/H的增大而_______。
( )(分数:2.00)A.增大B.减小C.不变D.不能确定4.当实用堰堰顶水头大于设计水头时,其流量系数m与设计水头的流量系数m d的关系是____。
( )(分数:2.00)A.m=m dB.m>m dC.m<m dD.不能确定5.平底渠道中弧形闸门的闸孔出流,其闸下收缩断面水深h c小于下游水深对应的水跃跃前水深,则下游水跃的型式为_______。
( )(分数:2.00)A.远离式水跃B.临界式水跃C.淹没式水跃D.无法判断6.当水头等于设计水头H d时,WES型实用堰(高堰)的流量系数m等于______。
( )(分数:2.00)A.0.385B.0.36C.0.502D.0.32二、填空题(总题数:6,分数:12.00)7.填空题请完成下列各题,在各题的空处填入恰当的答案。
(分数:2.00)__________________________________________________________________________________________ 8.闸孔自由出流的流量系数随开度增大而______,流量随开度增大而_______。
第八章:堰流和闸孔出流
堰顶 O 点上游可采用三种曲线连接:
三段复合圆弧型曲线
堰剖面的定型设计水头 Hd的确定: 高堰:P1≥1.33 Hd, Hd=(0.75—0.95)Hmax 低堰:P1<1.33 Hd, Hd=(0.65—0.85)Hmax Hmax-----校核流量下的堰上水头。
第三节 实用堰
二、流量公式
的梯形堰作自由出流时的流量等于没有侧收缩的自由出流矩 14
形堰的流量。
注:以上三类薄壁堰的流量计算公式均是指自由出流。
第二节 薄壁堰
15
第三节
实用堰流的水力计算
折线型实用堰 曲线型实用堰 复合型实用堰
实用堰的主要用途:用作蓄水建筑物——坝, 或净水建筑物的溢流设备。
实用堰(0.67</H<2.5)
9
第二节
薄壁堰流 的水力 计算
一、矩形薄壁堰
二、三角形堰 三、梯形薄壁堰
10
薄壁堰主要用途:用作量水设备。
薄壁堰口的横断面形状不同,相应的流量系数也
不同。
一、矩形薄壁堰 基本公式
Q m0 b 2g H
3/ 2
11
•
无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰:
m0 采用巴赞公式计算:
2 m0 (0.405 0.0027 )[1 0.55( H ) ] H H P1 公式适用范围:b 2.0m,P 1.13m,H 1.24m,式中H、
2.5 10
4
2、根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系: 侧收缩堰(b<B) 堰 无侧收缩堰(b=B) 3、根据堰与水流方向的交角:
B
H b
正堰 堰 侧堰 斜堰
4、按下游水位是否影响堰流性质: 堰 自由式堰流(不影响)
第八章 堰流及闸孔出流资料
v0
P1
1
v1
P2
0
影响流量系数的主要因素
m m( , k, ) , k,
0
b
H
v0
0
H
b
e
0 图 堰流
0 图 闸孔出流
堰流和孔流取决 上游来流条件(涨水或落水) 闸孔相对开度 闸底坎及闸门型式
因此,堰流和孔流是相对水流条件而言的,水流条 件改变,同一堰上的堰流,或孔流就可能改变。
0
H e
0 图 闸孔出流
平顶堰 e/H ≤0.65 孔流 e/H >0.65 堰流
e 闸孔开度;H为堰上水头
H0
(1
0
)
1v12 2g
0
( ) 1
0
δ H
1
v0
H
0 v02
2g
H0
z
p
(1
) v12 2g
P1
1
v1
P2
p
let: z H H0
H0
(1
) 1v12 2g
0
H0
H0
(1
) v12
2g
v1
1
(1 )
2g(H0 H0 )
let : A1 kH0b : k coefficent
P1
1
v1
P2
H0
H
0v02
2g
z
p
(1
) v012
2g
v0 0-0 断面的平均流速 v1 1-1 断面的平均流速 ζ 局部阻力系数
0
δ H
1
v0
P1
1
v1
P2
0
H
0v02
第八章 堰流和闸孔出流
第八章 堰流和闸孔出流第一节 概述一、堰流及闸孔出流的概念堰流:顶部闸门完全开启,闸门下缘脱离水面,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。
二、堰流及闸孔出流的水流状态比较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:65.0≤H e 时为闸孔出流;65.0>He时为堰流。
闸底坎为曲线型堰时:75.0≤He 时为闸孔出流;75.0>H e时为堰流。
式中,e 为闸孔开度;H 为从堰顶算起的闸前水深。
第二节 堰流的类型及水力计算公式一、堰流的类型定义:堰前断面,堰顶水深,行近流速。
堰前断面距上游壁面的距离:H l )5~3(= 1.薄壁堰流:67.0<Hδ,水舌形状不受堰坎厚度的影响,与堰顶呈线接触,水面呈单一的降落曲线。
此时堰顶常为锐缘形。
2.实用堰流:5.267.0<<Hδ,水舌下缘与堰顶呈面接触,水舌受堰顶的压缩与顶托,但影响不大,水流还是在重力作用下的自由跌落。
常用曲线形或折线形。
H 01V 堰顶宽度为b ,水舌厚度为0kH (k 为堰顶水流垂向收缩系数),则:2/302/3001010221)1(21H g mb H g b k gH bkH bV kH Q =-=-+==ξϕξςα式中ϕ为流速系数;m 为流量系数。
2/30H Q ∝。
流量系数:),,(ξϕk f m =,还与堰的边界条件有关。
自由出流/淹没出流; 有侧收缩堰/无侧收缩堰。
则:2/3012H g mb Q s εσ=第三节 薄壁堰流的水力计算一般用作量水工具。
第八章.堰流与闸孔出流学习资料
H
K
P
1
δ
图8-3 明渠水流
K i >ik
二、堰流的基本公式
对堰前断面0-0和堰顶断面1-1列能量方程
基准面:通过堰顶的水平面。
0
δ
H
1
V0
1
V1
P1
P2
0
v 10,1
二、堰流的基本公式
H 2 0 v g 0 2H 0zp (1 ) 2 1 v g 1 2
v1
0
H V0
P1
V1 :1-1 断面的平均流速
水舌下缘与堰顶只有线的接触。
水面呈单一的降落曲线。
由于堰顶常作 成锐缘形, 故薄壁堰也称为 锐缘堰。
0 δ
1
V0
1
V1
P2
0
2 实用堰流:0.67 <δ/H <2.5 由于堰顶厚度继续加厚,水舌下缘与堰顶呈面接触,
水舌受到堰顶约束和顶托,已影响水舌形状和堰的过流能力。
曲线型实用堰:水利工程,常将堰作成曲线型,称为曲线型实用堰。
0
δ
H
1
V0
1
0
图8-2 d 曲线型实用堰
2 实用堰流:0.67 <δ/H <2.5 由于堰顶厚度继续加厚,水舌下缘与堰顶呈面接触, 水舌受到堰顶约束和顶托,已影响水舌形状和堰的过流能力。
折线型实用堰:水利工程,常将堰作成折线形,称为折线型实用堰。
0
1 H
v0
P1
v1
P2
δ
0
1
图 8-2 c 折线型实用堰
3
Qmb 2gH 02
影响流量系数的主要因素:
,k , m m ( ,k , )
堰顶水头、堰边界(上游堰高P1、堰顶口边缘形状等)。
第八章孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流
第八章 孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流δ ( )( ) 3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶,一定是淹没出流。
( ) 4、两个WES 型实用堰,堰高大于三倍水头,它们的设计水头不等,即d2d1H H ≠,但泄水时d11H H =,d22H H =,则它们的流量系数 m 1=m 2。
( )5、无侧收缩与收缩的实用堰,当水头、堰型及其它条件相同时,后者通过的流量比前者大。
( )6、锐缘平面闸门的垂向收综系数 'ε 随相对开度 He的增大而 ( )(1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定7、当实用堰水头 H 大于设计水头 H d 时,其流量系数 m 与设计流量系数 m d 的关系是 ( ) (1) m =m d (2) m > m d (3) m < m d (4) 不能确定8、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流,其闸下收缩断面水深 h c0 小于下游水跃的跃前水深 h 1,则下游水跃的型式为 ( )(1) 远离式水跃 (2) 临界式水跃 (3) 淹没式水跃 (4)无法判断9、有两个 WES 型实用堰(高堰),它们的设计水头分别为 H 1=H d1,H 2=H d2,则它们的流量系数 m 1 与 m 2 之间的关系为 ( ) (1) m 1 > m 2 (2) m 1 < m 2 (3) m 1=m 2 (4)无法确定10、WES 型实用堰 (高堰),当水头等于设计水头 H d 时,其流量系数 m 等于 ( ) (1) 0.385 (2) 0.49 (3) 0.502 (4) 0.6511、闸孔自由出流的流量公式为 ( ) (1) 230v 2Hg mnb q ε= (2) 230v 2H g mnbq σε=(3) )(20v e Hg nbeq εμ'-= (4) )(20v e Hg mnbeq ε'-=12、宽顶堰的总水头 H 0=2 m ,下游水位超过堰高度 h a =1.0 m ,此种堰流为_______________出流。
第八章 堰流及闸孔出流1213
若不计行近流速的影响;上式中闸孔自由出 µbe 2 gH 0 Q µ
bhc beε 2 ε2 流的流量系数µ用(8-22)式计算。则 vc = = = 2 gH 0
0.60− 0.176×0.2 vc = 4.43× 5 = 9.04m/ s 0.619
35
收缩断面的共轭水深为 因为
0.619 9.04 2 hc" = ( 1+ 8 − 1) = 2.91m 2 9.80 × 0.619
3
2
= 3600 m 3 / s
按第三次求得的流量计算得
v04 = 4.32m / s
因为Q4与Qm H = 11.91m h = 0.91 3相当接近 求的 Q=3690m3/s,v0=4.23m/s。 Q
v04
04
4
。故可认为所 Q4 = 3690m 3 / s
− Q3 = 0 . 27 % Q4
20
2.流量系数m 当P1=7m, 1
P 7 = = 3.5 H 2
时,对堰顶入口为圆弧形的宽顶
堰,流量系数m=0.36。 3.淹没系数 σ s 由 hs = h1 − P2 = 2.5 − 0.7 = 1.8m 因为
0.8 H 0 = 0.8 × 2.1 = 1.68m
,故为淹没出流。 ,从表8-2查得
e 1 = = 0.2 < 0.65 先判别闸孔出流的性质: H 5
由表8-7,当e/H=0.2时,垂直收缩系数ε2 =0.619, 则收缩水深为
hc = ε 2 ⋅ e = 0.619 × 1 = 0.619m
34
" hc 由下式计算 收缩水深hc的共轭水深
hc vc2 hc" = ( 1 + 8 收缩断面的流速vc为 gh − 1) 2 c
第八章 堰流及闸孔出流
2、薄壁圆形小孔口的恒定自由 出流流量公式
• • • • • • •
依据:恒定流的能量方程式 Q 公式: = µ A 2 gH o (8-1) 式中: µ = εϕ , µ 称为流量系数,其中 ϕ = 1 称为流量系数, 1+ ζ 称为流速系数。 称为流速系数。 称为包含行近流速水头在内的全水 HO = H + α v 2g 头。 实测资料表明:充分收缩的圆形锐缘小孔口出流 时 ε = 0.64 , ζ = 0.06 , ϕ = 0.97 故流量系数 µ = εϕ = 0.62 。
取孔口流量系数
Q = µA
µ = 0.62 H o ≈ H = 2m
2 gH
o
= 0 . 62 ×
π
4
× (0 . 02
)2
×
2 × 9 . 8 × 2 = 1 . 2 2(L/s)
(2)求管嘴出流的流量 取圆柱形外管嘴的流量系数 即流量
µ n = 0 . 82
π
4 × (0.02) 2 2 × 9.8 × 2 = 1.61( L / s )
第八章 堰流及闸孔出流
第一节
概述
一、出流分类
• 1、孔口出流
在容器上开孔,液体 在容器上开孔, 经孔口泄流的水力现 称为孔口出流。 象,称为孔口出流。 如图8 如图8-1(a) 2、管嘴出流 液体经过管嘴的泄流, 液体经过管嘴的泄流, 称为管嘴出流。 称为管嘴出流。 如 图8-1(b)
•
1.闸孔出流 闸孔出流 闸孔出流——水流受闸门或胸墙的 闸孔出流 控制,闸前水位抬高,水由闸门底缘 和底板的闸孔流出。 特点: 水流经过闸孔流出时,其自由 水面不连续。 其实质:是大的孔口出流。
• 解:由于: •
堰流及闸孔出流-文档资料
2、判断:
• 当底坎为宽顶堰时, • 闸孔出流
e H
e H
0.65
• 堰流
当底坎为曲线堰时
e H
0.75
•
闸孔出流
e H
0 .75
•
堰流
• 其中: e 为闸门的开启度
•
•
H为闸前水头
e H
为闸门的相对开启度
第二节
孔口与管嘴出流
一、恒定孔口出流
• 主要:讨论薄壁圆形
小孔口出流问题(图 8-4) 小孔口:d/H≤0.1。
二、恒定管嘴出流
• (一)恒定管嘴自由出流 ( 图8-6) • 恒定管嘴自由出流的流量公式:
Q gH nA 2 O
• 式中:A——管嘴出口断面面积
2 vo Ho——全水头 H O H 2g
——
管嘴出流流量系数,圆柱 形外管嘴的流量系数 =0.82,是圆 形孔口出流系数的1.32倍。原因是 圆柱形外管嘴的收缩断面上产生 真空,使作用水头增大了(管嘴 的作用)。
0 . 67 2 . 5 H
• 图8-2(b)
• (3)宽顶堰流
2 .5H 10
• 图8-2(c)
三、闸孔出流与堰流的联系与 区别
如果水闸与堰分别建立时,两者是没有什么 联系,但当两者建在同一位置时,就要遇到 新的问题,按什么出流来解决问题,怎么判 断。 1、两者共同点: ◆在一定作用水头下形成。 ◆从势能转为动能。 ◆两者均属急变流。
(一)薄壁圆形小孔口的恒定自 由出流(图8-4)
1、有关概念和分类:
• • • • • • •
(1)收缩断面:水流距容器 内壁约d/2处收缩完成,流线 相互平行,符合渐变流条件。 (2)收缩系数:反映水流的 收缩程度,与孔口形状、大小、 位置以及水头等有关。 (3)分类: 完全收缩——孔口四周都发生收缩。 不完全收缩——孔口四周部分发生收 缩。 完善收缩——流线完全收缩的。 不完善收缩——流线不完全收缩的。
第八章 堰流及闸孔出流1211
,则在水舌下缘最高点时有
。经时刻t后,液体质点的坐标值为: 消去t后,两端用Hd整理后得 ;指数 n =2。
Hd u2 4 cos θ 2g
2
(
y x n ) = k( ) Hd Hd
33
我国采用的剖面有:
1.克里格-奥菲采洛夫(过去常用) 2.渥奇 3.美国水道试验站WES型(现在常用)
WES剖面如图
五、曲线型实用堰的淹没
曲线型实用堰的淹没系数
8-3 实用堰流的水力计算
作为挡水及泄水建筑物的溢流坝就是实用堰的典型 例子。低溢流堰常用石料砌筑成折线形,较高的溢流坝为 了增大过流能力,一般作成曲线形,即所谓的折线型实用 堰和曲线型实用堰。
Q = εσs mB 2g H
3 2 0
27
一、曲线型实用堰的剖面形状
Q =41m3× 0.953 × 0.36 × 9 × 4.43 × 2.1 = 0.983 /s
3 2
故所需的堰孔净宽b=9m,分三孔(n=3),每孔净宽 b’=3m。
50
例8-6 某泄洪排沙闸共四孔,每孔净宽b’为14m;闸 墩头部为半圆形,墩厚d为5m,闸室上游翼墙为八字形, 收缩角θ为300,翼墙计算厚度∆为4m;上游河道断面近似 矩形,河宽B为79m;闸室下游边一陡坡渠道坡度i为2%, 闸底高程为100m(图8-28)。试计算闸门全开,上游水位 高程为111.0m时的流量。
40
二、侧收缩系数
ε1 = 1 −
3
a0 0 .2 + P1 H
⋅4
b b (1 − ) B B (8-15)
式中:
a0 为考虑墩尖及堰顶入口形状的系数。当闸墩( 或边墩)头部为矩形,堰顶为直角入口边缘时a0 =0.19; 当闸墩(或边墩)头部为圆弧形,堰顶入口边缘为直角或 圆弧形时a0=0.10; b为溢流孔净宽; B为上游引渠宽。
水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1
水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1水力学(堰流及闸孔出流)-试卷1(总分:94.00,做题时间:90分钟)一、单项选择题(总题数:6,分数:12.00)1.单项选择题下列各题的备选答案中,只有一个是符合题意的。
(分数:2.00)________________________________________________________________ __________________________ 解析:2.两个WES型实用堰,都属于高堰,它们的设计水头H d1>H d2,但堰顶水头H 1 =H d1,H 2 =H d2,两者的流量系数关系是_____。
( )(分数:2.00)A.m 1 =m 2√B.m 1>m 2C.m 1<m 2D.不能确定解析:3.锐缘平面闸门的垂向收综系数ε’随相对开度e/H的增大而_______。
( )(分数:2.00)A.增大√B.减小C.不变D.不能确定解析:4.当实用堰堰顶水头大于设计水头时,其流量系数m与设计水头的流量系数m d的关系是____。
( ) (分数:2.00)A.m=m dB.m>m d√C.m<m dD.不能确定解析:5.平底渠道中弧形闸门的闸孔出流,其闸下收缩断面水深h c小于下游水深对应的水跃跃前水深,则下游水跃的型式为_______。
( ) (分数:2.00)A.远离式水跃√B.临界式水跃C.淹没式水跃D.无法判断解析:6.当水头等于设计水头H d时,WES型实用堰(高堰)的流量系数m等于______。
( )(分数:2.00)A.0.385B.0.36C.0.502 √D.0.32解析:二、填空题(总题数:6,分数:12.00)7.填空题请完成下列各题,在各题的空处填入恰当的答案。
(分数:2.00)________________________________________________________________ __________________________解析:8.闸孔自由出流的流量系数随开度增大而______,流量随开度增大而_______。
8.堰流
一、简答题1、水流经过溢流坝顶、桥洞、无压隧洞进口等处的水流现象均属于堰流,请写出堰流的定义及其水流特点。
2、请写出堰流的不同类型及其分类标准?3、堰流基本公式为:3202H g b m Q s εσ=,请写出公式中各项的含义?4、闸孔出流和堰流是密切相关的,当闸门开度不同时,堰上水流分别属于闸孔出流和堰流,请写出两种流动的区分条件。
5、试述下列各因素怎样影响堰流的侧收缩系数ε?为什么这样影响?(1)边墩和中墩形状;(2)水头H 0;(3)闸孔数和闸孔宽度b ;(4)淹没程度H h s 。
二、计算题1、用无侧向收缩的矩形薄壁堰测量流量,当堰上水头H = 0.65 m ,堰高P = 1.0 m ,堰宽度b =2.9m ,问需通过流量 Q 多少?(答案Q=3.0m/s 2)2、用直角三角形堰量测流量,当堰顶水头H=0.3m 时,通过流量Q 应为多少?3、某实验室用直角形三角堰,量测Q =0.05 m 3/s 以下的各级流量。
试绘制Q 为0~0.05 m 3/s 的相应各流量的H ~Q 的关系曲线(堰下为自由出流)。
4、某实验室有一条宽B =0.6 m 的水槽,槽内安装矩形堰量测流量。
堰宽b = 0.6 m ,高P =0.23 m ,堰为自由出流,实验测得堰顶水头为3.25cm 。
试确定流量Q 。
(答案Q=6389cm 3/s )5、WES 型剖面堰,坝高P =60 m ,H d =6 m ,坝上游面垂直,堰顶曲线由标准三曲线段组成,坝宽20 m ,无侧收缩,自由出流,试求过流量Q 。
若过流量为1000 m 3/s 时,试求溢流坝的实际作用水头H 。
6、水库正常高水位为75.0 m ,溢洪道进口为无闸门控制的宽顶堰,堰高P = 2 m ,相应堰顶高程为73.6 m ,堰顶为进口修圆。
堰上游引水渠与堰同宽。
宽顶堰宽为b = 20 m ,下接陡槽泄水。
试求该堰所通过的流量Q 。
7、一圆形进口无侧收缩宽顶堰,流量Q = 15 m 3/s ,堰宽b = 5.0 m ,堰高P = P 1 = 1.0 m ,下游水深h t = 1.80 m ,求堰顶水头H 。
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即先假设侧收缩系数值 ,然后根据宽顶堰流流 1
系数,比较计算值与假设值是否相等。 若两者不等,则迭代计算: 将新得到的侧收缩系 数 代入流量公式重新计算堰顶宽 b ,把 b 代入式(1) 1
, 直至先后得到的两侧收缩系数相等,此时得到的
堰顶宽 b 即为所求。 具体迭代过程如下:
解题步骤
首先假设 1(0) ,代入到流量公式算出 0.8
3 0.4 0.36 0.01 0.374 1.2 1.5 0.4
解题步骤
P1 1.0 m P1 0.4 , 式中 0 3 满足上式应用条件 H 2.5 m H
3. 侧收缩系数 1
由于边墩对过堰水流的
B
挤压作用使之产生侧向收
缩,对于宽顶堰侧收缩系
b
数 按下式计算 1
解题步骤
下游淹没高度 hs ht P2 2.8 m 1.0 m 1.8m 因为 hs 0.8H0 0.8 5.272m 2.02m 故下游为自由出流,则σs=1.0 2. 计算流量系数 m 对于堰顶进口为圆弧形的宽顶堰流量系数 m 按 下式计算:
3 P1 / H m 0.36 0.01 1.2 1.5 P1 / H
3
7.052m
1(3)
0 4 (2) 1 b / B (1 b(2) / B) 3 0.2 P / H 1
解题步骤
1
(3)
0.1 1 1.0 m 3 0.2 2.5 m 0.949
(2)
4
7.052 m 7.052 m (1 ) 14.5m 14.5 m
因为 1 ,则 1 宽顶堰宽度。
解题步骤
解: 本题属于闸孔设计问题,可根据堰流公式推算 闸孔宽度b。首先,判断堰流流态,确定淹没系数 s 1 ,然后计算流量系数 m 。而侧收缩系数 与闸孔宽度 b 有关,因此应采用试算法确定侧收缩系数 ,同 时确定闸孔宽度 b。 1 1. 判断堰流流态 堰前行近流速 Q Q v0 A ( B B1 ) H 1 / 2
3
4
0.2 P1 H
4
b(1) B ( 1 b(1) B ) 7.0 m 7.0 m (1 ) 0.949 14.5 m 14.5 m
0.1 1 1.0 m 3 0 .2 2.5 m
解题步骤
同理
b
(2)
Q
1(2)m s 2 g H 0 3 / 2
28m / s 0.949 0.374 1.0 2 9.8 m /s2 ( 2.527m )3 / 2
(3)
b
(2),取 b
=m 7.05 m,即为所求 7.052
讨 论
如果下游水位较高,水闸出流为淹没出流时,对 计算结果有什么影响?若该水闸要求设计为 两 孔, 而其它条件不变,那么两孔宽度之和 否仍为7.05 m ? 当水闸下游水位较高,为淹没出流 闸孔宽度将增加。 当闸孔按两孔设计时,需新增闸墩一个。由于闸 是 2 b
1 0.061b 0.25 (1 b / 14.5 m )
(1)
从上式可见,侧收缩系数与闸孔宽度 b 相关,而 b 未知,故可通过试算法求解。
解题步骤
量计算公式
3/ 2 , 代入其它已知条件,求出 Q 1 s mb 2 g H 0 堰宽试算值 b,再将 b 值代入式(1),得到新的侧收缩
b (0)
(注:这里以符号上标的形式来表示迭代次数) Q (0) b (0) 32 1 m s 2 g H 0
28m 3 /s 0.8 0.374 1.0 2 9.8 m /s2 ( 2.527m )3 / 2
8.365m
m 1)有 将 b( 0) 8.365 代入式(
解题步骤
(1)
1
0
34Biblioteka 0.2 P1 / H4
b(0) / B (1 b(0) / B ) 8.365m 8.365m (1 ) 0.956 14.5 m 14.5 m
0.1 1 1.0 m 3 0.2 2.5 m
可见
( 1) 1
,故将 代入堰流公式再次计算 b
1 1
0
3
4
0.2 P1 / H
b / B (1 b / B)
解题步骤
式中,B 为来流宽度,可取堰前水面宽度; 由于边墩 头部及堰顶进口均为圆弧形,故边墩头部及堰顶进 口形状影响系数 取为 0.1。 0 将已知条件代入上式得 0.1 4 b / 14.5 m (1 b / 14.5 m ) 1 1 3 0.2 1.0 m /2.5m
( 0) 1 (1) 1
b
(1)
Q
(1) 1 m s
2 g H0
3/ 2
解题步骤
b(1) 28m 3 /s 0.956 0.374 1.0 2 9.8 m/s2 ( 2.527m)3 / 2
7.0 m
将 b(1) 7代入式( 1)有 .0 m
(2) 1
1
0
闸的过流能力下降,故在同样条件下,计算所得的
( s 时,水 1.0)
墩的影响,使水流侧收缩进一步加大( 减小 1 )。
精品课件!
精品课件!
讨 论
因此,为满足过流流量要求,闸孔净宽之和 2 b 应大 于 7.05 m
v0
H1
解题步骤
B
H1 B1 H0 H1 v0
28m 3 /s v0 7.5 2 (2.5 1.0 ) 7.5m (2.5 1.0 ) m / 2 0.727m/s 2 2g 堰前全水头 H 0 H v0
2.5 m (0.727m / s)2 2 9.8 m /s 2 2.527m