10-堰流实验
薄壁堰流的水力计算
v02
2g
hc
cvc2
2g
vc2 2g
忽略上游行进水头
H
hc
(1
)
vc2 2g
v 1
1
2g (H 0 hc ) 2g (H 0 hc )
1 1
为闸孔的流速系数
闸孔的宽度为b，收缩断面面积 Ac b e 。
0
无测收缩非淹没矩形薄壁堰的流量按无测收缩非淹没矩形薄壁堰的流量按8811式计为了便于根据直接测出的水头来计算流量可改写为了便于根据直接测出的水头来计算流量可改写811式把行近流速的影响包括在流量系数中式把行近流速的影响包括在流量系数中8822式中包括行近流速影响的流量系数式中包括行近流速影响的流量系数mm00可按下可按下列经验公式计算雷保克公式列经验公式计算雷保克公式8833p为上游堰高为上游堰高hh及及pp均以米计
H
和大孔口。 d 0.1 对小孔口，
H
由于孔直径比水头小的多，可 以近似认为孔口断面各点的压强和速度都相等。
过水断面的收缩：流水流经过孔口时，由于惯性的作用 ，水流不能在孔口附近作直角转变，只能逐渐的弯曲，过 水断面逐渐收缩，并在距壁约d/2出完成。此时的断面流 线近似平行，符合渐变流条件，该断面称收缩断面。 即 c-c 断面，收缩断面的面积与 小孔的面积的比为收缩系数：
e 0.65 H
为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 为闸孔出流；
H
e 0.75 H
为堰流；
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
8-2 孔口与管嘴出流
在容器侧壁上开孔，液体将从孔中流出，这种水流 现象称为孔口出流。
流体力学教学大纲
中央广播电视大学“开放教育试点”土木工程专业(专升本)流体力学课程教学大纲中央广播电视大学2001年12月《流体力学》教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质与任务流体力学是中央广播电视大学“开放教育试点”工学科土建类土木工程专业的一门公共必修课程。
该课程的主要任务是使学生掌握流体（水流）运动的一般规律和有关的基本概念、基本原理、基本方法和一定的试验技能，注意培养学生发现和解决问题的能力，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下基础。
二、课程的教学基本要求学生学完本课程后应达到下列基本要求：1．具有一定的理论基础。
正确理解流体力学的基本概念。
掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。
掌握水流运动的分析方法。
认识量纲分析与实验的关系。
2．对工程中的一般流体问题具有分析和计算的能力。
3．掌握一定的实验技能与方法，具有测量运动参数、分析实验数据和编写实验报告的能力。
三、课程教学要求的层次有关定义、定理、性质、特征等概念的内容按“知道、了解、理解”三个层次要求；有关计算、解法、公式、法则等方法的内容按“会、掌握、熟练掌握”三个层次要求；实验按“观察、学会、能、测定、掌握、应用”六个层次要求。
第二部分学时、教学安排、教材与教学环节一、学时分配与学分1．学时分配本课程共72学时2．学分本课程共4学分。
二、教学安排流体力学课程安排在第三学期，一个学期完成全部教学任务。
三、文字教材根据远距离教育要求，本课程的文字教材以文字主教材和文字辅助教材两部分组成，并采用合一式编排。
文字教材是学生学习课程的主要用书，主教材部分的内容是课程的基本内容，是教学的主要依据。
辅教材部分的内容是对主教材相应内容进行归纳、总结，通过例题与习题，帮助学生理解和掌握课程的内容。
文字教材是学生获得知识和提高能力的重要媒体之一，教材的内容要具有科学性，概念叙述要准确无误，方法的阐述要详细，论证要清楚，要体现远程开放教育的特点，要适合成人、以业余学习为主的特点，要便于自学。
实验六 实用剖面堰与宽顶堰溢流实验报告
实验报告实验名称_实用剖面堰与宽顶堰溢流实验课程名称__________水力学_____________院系部:可再生能源学院专业班级：水文1201学生姓名：申彦玲学号:1121550122 同组人:田沛佩王关泽尼玛多吉实验台号:农净尧指导教师：彭杨成绩：实验日期:华北电力大学一、实验目的及要求：1. 观察实用剖面堰和宽顶堰上的水流现象，并观察下游水位对水跃的影响。
2. 测定非淹没宽顶堰和实用剖面堰的流量系数m值，并与经验值进行比较。
3．测定跃后断面的流速分布，求得跃后断面的平均流速。
二、仪器用具：实验在玻璃水槽中进行，如图所示。
水槽长2.8m、宽b为0.15m、高0.3m；槽中安装WES 标准实用剖面堰，堰高P=15cm，设计水头Hd=5cm，设计水头流量系数md=0.502。
槽中还可安装宽顶堰，堰高P=8cm，堰顶δ=40cm，直角和圆角进口各一套。
水槽下游装有三角堰，用来测定水槽流量Q，槽尾设尾门以控制下游水位，用活动测针沿轨道移动以量测上下游水位。
三、实验原理（一）堰的分类：根据堰墙厚度或顶长δ与堰上水头H的比值不同而分成三种：薄壁堰；实用剖面堰；宽顶堰。
（二）堰的流量公式对图中两种堰流情况的1-1与C-C断面写能量方程，可得收缩断面流速表示式为：式中：φ为流速系数；为堰上总水头，H为堰上水头，v0为上游趋近流速；h c0为收缩断面C-C处水深。
经过适当假设与简化，得堰流流量公式：式中：b为堰宽（即槽宽），b=15cm，m为堰流的流量系数。
（三）堰的流量系数公式1. 实用高堰流量系数当P/H1.33为高堰。
WES标准剖面堰的流量系数公式为：d>m d为H0=H d时的设计水头流量系数。
式中：Hd为堰的设计水头，2. 宽顶堰流量系数（1）直角前沿进口宽顶堰，计算m的公式为：（2）圆角前沿进口宽顶堰，计算m的公式为：上二式中的P为宽顶堰高度；H为堰顶以上水头。
四、实验方法与步骤:（一）实验内容1. 记录有关常数，如堰宽b、堰高P、设计水头H d等，记录测针在堰顶、槽底处的零点读数。
各种堰流各种条件下水力计算解析及实例pxs
宽顶堰流的水力计算如图所示，水流进入有底坎的堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界的约束，堰顶上的过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。
同时堰坎前后产生的局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。
所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。
从水力学观点看，过水断面的缩小，可以是堰坎引起，也可以是两侧横向约束引起。
当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时，由于进口段的过水断面在平面上收缩，使过水断面减小，流速加大，部分势能转化为动能，也会形成水面跌落，这种流动现象称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。
（一）流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度，不同的进口堰头形状，可按下列方法确定。
1、进口堰头为直角(8-22)2、进口堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。
在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰高。
当≥3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度，故计算时将不考虑堰高变化的影响，按=3代入公式计算值。
由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在0.32～0.385之间，当=0时，=0.385，此时宽顶堰的流量系数值最大。
比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数，我们可以看到前者比后者大，也就是说实用堰有较大的过水能力。
对此，可以这样来理解：实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流，其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值，即堰顶水流的压强和势能较小，动能和流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强和势能较大，动能和流速较小，故过水能力较小。
（二）侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式（8-21）计算。
（三）淹没系数当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时，就成为淹没出流。
试验表明：当≥0.8时，形成淹没出流。
淹没系数可根据由表查出。
无坎宽顶堰流在计算流量时，仍可使用宽顶堰流的公式。
孔口出流、堰顶溢流和闸下出流
H0 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
1.00 0.995 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87
H0 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98
1
1
2g(H0 H0 )
，流速系数 1
1
v1 2g(1)H0
WHQU kH0bv1 kH0b
1
1
2g(H0 H0 ) k
1b
2
g
H
3 0
/
2
令 m k 1
Q mb 2gH03/ 2 称为堰流基本公式。
为了方便，可将公式改写成如下形式
Q m0 2gbH3/ 2
式中 m0 m(10v02 / 2gH)3/ 2 堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量系
t 2 H 2H 2V
A 2g A 2gH Qmax
变水头出流时容器“泄空”所需要的时间，等于
在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所
需时间的二倍。
8-3 管嘴出流
WHU
1、圆柱形外管嘴恒定出流
H
0v02
2g
v2
2g
hw
h
n
v2 2g
v
1
n
2gH0 n 2gH0
Q n A 2gH0
数不同而已。
2. 矩形薄壁堰流
WHU
测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游 进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，不 会产生侧向收缩。
1)具有溢流水舌有稳定的外形；(堰顶必须做成 向下游倾斜的锐角薄壁 )
2)稳定的流速分布和压强分布；(堰板下游侧墙 内埋设通气孔，使水舌内外缘空气压强相等 )
流体力学实验
(1.1.2)
(1.1.3)
水的密度 是已知的，只要读取各管液面的高程读数，就可以求出未知密度 和 。
1.1.4实验步骤
1．关闭密封阀，并检查密封效果。其方法是，移动调压筒至某一高程位置，这时各管的液面也随之移动。如果密封效果良好，各管液面的升降的速度越来越慢，并最终停止在某一高程位置，不再变化。如果密封效果不好，各管的液面总是不停升降，直至各管液面与调压筒以及水箱的液面平齐。这就说明水箱漏气。
（1.3.1）
图1.3.2动量方程用图
射流的冲击力也可以由动量方程算出，图1.3.2是计算用图，设射流的偏转角度为 （即入射速度矢量转到出流速度矢量所旋转的角度），射流的流量为Q，入射速度为V，则有
（1.3.2）
本实验的射流偏角有90°，135°，180°等3种。
1.3.3 实验步骤
1．实验前，调节平衡锤的位置，使杠杆处于水平状态。
1.请自己推导方程（1.3.2）
2.实验中如何确定砝码的作用力臂？
3.本实验的流量是用什么方法调节的？
图1.3.3动量方程实验数据表
1.4 沿程水头损失实验
1.4.1 实验目的
测量管流的沿程水头损失系数，绘制沿程损失系数与雷诺数的变化曲线，并与尼古拉兹曲相比较。
1.3.2 实验装置
图1.4.1 沿程损失实验仪
水流从设在水箱下部的管嘴射击，冲击一个轴对称曲面档板，档板将射流冲击力传递给杠杆。移动砝码到某一位置，可使杠杆保持平衡。
本实验用杠杆平衡原理测量射流的冲击力。另外，再用流体力学的动量方程计算射流对档板的作用力，并比较这两个冲周力的大小，以便进行误差分析。
设砝码的重量为G，作用力臂为L1，射流的作用力为F，作用力臂为L。当杠杆平衡时，有
实用堰水力计算公式
1、 游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。
2、 4、 10>Hδ时，用明渠流理论解决不能用堰流理论。
f h不可忽略。
同一堰，当堰上水头H 较大时，视为实用堰；当堰上水头较小时，视为宽顶堰。
§8-2 堰流的基本方程以宽顶堰为例来推求堰流的基本方程 取渐变流断面1-1C-C （近似假设渐变流） 以堰顶为基准面， 列两断面能量方程：g v g v h g v H c c c 22222000ςαα++=+ 0002H g vH =+α作用水头c h 与H 有关，引入一修正系数k 。
则00H h k c =机0kH h co =。
修正系数k 取决于堰口的形状和过流断面的变化。
代入上式，整理得：021211gH k gH k v c -=++=ϕςα23021H g b k k b RH v b h v Q c c c -===ϕ 2302H g mb = 式中：b ——堰宽ϕ——流速系数ςαϕ+=1m ——流量系数，k k m -=1ϕ适用：堰流无侧向收缩注：堰流存在侧向收缩或堰下游水位对堰流的出水能力产生影响时，可对此公式进行修正。
§8-3 薄壁堰一、一、分类：矩形薄壁堰→较大流量按堰口形状： 三角形薄壁堰→较小流量梯形薄壁堰→较大流量1、 1、 矩形薄壁堰① ① 矩形薄壁堰的自由出流；在无侧向收缩的影响时，其流量公式为： 2302H g mb Q =上式为关于流速的隐式方程，了；两边均含有流速，一般计算法进行计算，较复杂，于是，为计算简便，将上式改写成： 2302H g b m Q =0m ——已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数 0m 的确定：矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin 提出经验公式为：])(55.01)[0027.0405.0(20p H H H m +++=式中：H ——堰上水头（m ）p ——上游堰高 （m ）适用条件：m H 24.1~25.0= m p 75.0~24.0= m b 0.2~2.0=2、 2、 三角形薄壁堰：当流量较小时，堰上水头较小时，采用三角形薄壁堰 ⑴公式：取微元，则流量表达式为：db h g m dQ 2302= （*） 设h 为db 处水头，则由几何关系：2)(θtgh H b -=dhtgdb 2θ-=代入*式，得dhh g tgm dQ 23022θ-= 积分得：dhh g tgm Q H⎰-=0230222θ2502254H g tg m θ=当90=θ，m H 25.0~05.0=时，实验得395.00=m 。
堰流及闸孔出流
(b)
(c)
64
一、流量系数 对堰顶入口为直角的宽顶堰
m 0.32 0.01 P 3 1 H P 0.46 0.75 1 H
65
一、流量系数 对堰顶进口为圆角的宽顶堰
P 3 1 H m 0.36 0.01 P 1.2 1.5 1 H
8-3 实用堰流的水力计算
28
一、曲线型实用堰的剖面形状
曲线型实用堰比较合理的剖面形状应当具有
下列几个优点：
(1) 过水能力大 (2) 堰面不出现过 大的负压 (3) 经济、稳定
29
一、曲线型实用堰的剖面形状
30
31
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。
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。
薄壁堰 分类的根据
18
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量按（8-1）式计 算，即
Q mb 2g H0
3/ 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：
a0 v0 Q m b 2g H 2g a0 v0 m1 2 gH
3
4.堰流和闸孔出流的转化
闸底坎平顶堰时
e 0.65 H
e 0.65 H
为闸孔出流； 为堰流； 为闸孔出流； 为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e 0.75 H e 0.75 H
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
4
8-1 堰流的类型及计算公式
各种堰流水学计算说明书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：2/302H g 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-+-=H P H P m /75.046.0/301.033.0+-+=HP H P 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。
第七章-堰流PPT课件
3
Qmcb 2gH2
mc
(0.4050.00270.03Bb)
H
H
[(10.55 b2)( H )2] B Hp
-
16
4、注意要点
1）H＞3m，否则因表面张 力作用将发生贴附溢流，
如右图。
a
2）水舌下面的空间应与大气
相通，否则水舌形成局部真
空，如图a,影响出流稳定。
通常应在水舌下面的侧壁上
b
设置通气管。如图b
曲线形 折线形
有坎 无坎
-
4
1、薄壁堰
δ/H<0.67
此时水舌不受堰壁厚度的影 响，水流呈自由下落曲线。
堰顶水头H 堰高P1
堰宽b 堰高P2
堰顶厚度δ
据堰上形状
矩形堰 三角堰 梯形堰
-
5
பைடு நூலகம்
2、实用断面堰
0.67＜ H ＜2.5
此时δ影响水舌的形状。过堰 水流开始受到堰顶的约束，但水流 基本上还是在重力作用下的自由下 落曲线。
第七章 堰流
§7－1 堰流的定义及分类 §7－2 堰流基本公式 §7－3 薄壁堰 §7－4 宽顶堰
-
1
§7－1 堰流的定义及分类
一、定义：
1、堰： 2、堰流：
明渠水流中的局部障壁称为堰。
无压缓流流经堰顶时的局部 水力现象称为堰流 。
堰 流 特 点
⑴ 上游发生水位壅高，然后水面降落 ⑵ 水力计算仅考虑局部水头损失，沿
1）当堰口形状为等腰三角形时（θ＝60°）：
Q＝1.343H2.47 m3/s
适用条件：H＝0.05～0.25m
2) 当堰口形状为θ＝90°时：
Q＝0.0154 H2.47 m3/s
流力实验实验十一孔口与管嘴出流实验资料
实验十一孔口与管嘴出流实验一、实验目的1. 量测孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数局部阻力系数及圆柱形管嘴内的局部真空度。
2. 分析圆柱形管嘴的进口形状（圆角和直角）对出流能力的影响及孔口与管嘴过流能力不同的原因。
二、实验装置4 8 -------------- n11图一孔口与竹嘴出流实验装置图E.自循环供水器2.实鲨台3.可控硅无级谶递器［恒序水输5.溢流板 &稳水孔板T孔口管嘴（广圆甬进口管覇2慎角越口管騙3•锥册管嘴『札口）&防議陡板弘施罐扎口財謊收缩戡衿植动鮭头m上冋水擠M.标尺12制斤总图二孔口、管嘴结构剖面图三、实验原理在恒压水头下发生自由出流时孔口管嘴的有关公式为流疑计灯Q - £A^iglQ二式中：H o——Ho=H+^ ,一般因存近流速水头字很小可忽略不计，所U1H O= H；流恬系数n&gH 心⑵收缩系数也£- —二一^A d1⑶流速系数S A 1 tp =---------- =——= --------阻力系数< = (5)实验测得上游恒压水位及各孔口、管嘴的过流量，利用以上5个公式，从而得出不同形状断面的孔口、管嘴在恒压、自由出流状态下的各水力系数。
根据理论分析，直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度为hv = Pv/ p = 0.75H本实验装置可实测出直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度，打开直角进口管嘴射流，即可观测到，测管处水柱迅速降低，hv = 0.6 ~ 0.7H。
说明直角进口管嘴在进口处产生较大真空。
但与经验值0.75H。
相比，真空度偏小，其原因主要是有机玻璃材料的直角进口锐缘难以达到象金属材料那样的强度。
/观察孔口及各管嘴出流水柱的流股形态: 打开各孔口管嘴，使其出流，观察各孔口及管嘴水流的流股形态，因各种孔口、管嘴的形状不同，过流阻力也不同，从而导致了各孔口管嘴出流的流股形态也不同：圆角管嘴出流水柱为光滑圆柱，直角管嘴为圆柱形麻花状扭变，圆锥管嘴为光滑圆柱，孔口则为具有侧收缩的光滑圆柱；圆锥管嘴虽亦属直角进口，但因进口直径渐小，不易产生分离，其侧收缩断面面积接近出口面积（□值以出口面积计），故侧收缩并不明显影响过流能力。
堰闸出流淹没系数可信度评价
堰闸出流淹没系数可信度评价堰流和闸孔出流是水利枢纽常见的两种泄流方式。
其出流形式分为自由出流和淹没出流两类。
淹没出流时需要用淹没系数对流量计算公式进行修正。
堰闸泄水建筑物下游通常都存在水跃，淹没出流时下游肯定是淹没式水跃衔接。
淹没水跃由于与完整水跃相比消能不充分，水面波动也明显增强。
在实验确定淹没系数时，水位等的测量精度决定了其可信度。
分析表明，在大淹没度情况下，要得到有价值的淹没系数，实测值误差必须满足非常苛刻的要求。
反之，在测量精度一定的条件下，欲使对淹没系数的研究有价值，必须预先进行可行性评估。
这为该方面研究提供了基本的评价方法。
在泄水建筑物水力计算中，也可作为确定其采信程度的依据。
标签：水力学；堰流；闸孔出流；淹没系数；可信度1 概述堰流和闸孔出流是水利枢纽中常见的两种泄流方式。
其出流形式又分为自由出流和淹没出流。
泄洪时，常出现大淹没度的情况。
在这种情况下，查取水力学教材[1]或水力计算手册[2]，会存在淹没系数与相关要素对应关系区间偏大的现象，插值计算可能会出现比较大的偏差。
于是，有不少学者对大淹没度的堰闸出流进行研究，试图探讨在这种情况下淹没系数比较准确的规律。
实测时，一方面存在着水面波动引起的测量偏差；另一方面，对应于一定的测量水平存在着计量误差。
两者就构成了实测值与真实值之间的整体误差。
这些都是不可能完全消除的[3][4]。
实际上，堰闸出流形式为淹没出流时，往往都伴随着下游大淹没度的水跃。
水跃消能极不充分，水面波动显著。
分析堰闸出流实测值的误差对淹没系数可信度的影响，具有较大的理论价值和实际意义。
2 堰闸出流计算基本公式堰流计算基本公式为：其中：Q为流量（m）；？滓s为淹没系数；？着1为侧收缩系数；m为流量系数；b为堰的净过流宽度（m）；g为重力加速度，通常取9.8m/s2；H0为堰上作用全水头（m）。
文章主要探讨淹没系数的可信度，为简单计，只考虑无侧向收缩的情况，即侧收缩系数？着1取1.0。
薄壁堰流的水力计算
hc"
hc 2
(
1 8 vc2 ghc
1)
收缩断面的流速vc为
vc 2g(H0 hc ) 9.28m / s
若不计行近流速的影响；上式中闸孔自由出 流的流量系数μ用（8-22）式计算。则
收缩断面的共轭水深为
因为
hc"
0.37 2
(
1 8 9.282 1) 2.37m 9.80 0.37
计算流量。
解：因 e 0.2 0.65
H
，故为闸孔出流。
cos c e 0.58, 54.6
R
流量系数μ可由下面的经验公式计算
e
(0.97 0.811800 ) (0.56 0.811800 ) H
0.66
流量： Q be 2gH0 15.18m3 / s
闸孔出流和堰流是可以相互转化的。 随着闸门的开度逐渐
加大，过闸水流受到闸 门的约束越来越小，当 闸门开度增大到一定值 时，闸前水面下降并脱离闸门底缘，水流不再受闸门约 束，此时水流由闸孔出流转化为堰流。相反闸门开度减少 到一定值的时候，堰流也转化为闸孔出流。
闸底坎平顶堰时
e 0.65 H
为闸孔出流；
淹没出流流量公式为：
Q n A 2gz0
z0
z
v
2 0
2g
z0 为作用水头， n 为淹没出流的流量系数。
例：有一圆形孔口，直径d=20mm。在作用水头H=2m
条件下恒定自由出流，求：孔口出流流量，在孔口处外
接同直径的管嘴后的流量；管嘴收缩断面处的真空高度
解（1）求孔口出流的流量 d 0.02 0.01 0.1，为小孔口
《水力学》堰流实验
《水力学》堰流实验§10 堰流实验堰流的水力计算公式均是半经验公式，公式中流量因数等参数都需要由实验得出。
至今重要工程中的堰流过流能力等问题，仍然需要通过模型试验确定。
堰流实验对于训练工程试验能力是重要的。
实验目的和要求 1．观察不同 /H 的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶堰过流能力的影响。
2．掌握测量堰流流量因数 m 实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的 m 值。
实验装置 1．实验装置简图实验装置及各部分名称如图所示。
12 1212 1113141015闸门槽H1P9 8 7 6 501400034 3 图堰流实验装置图 1．有机玻璃实验水槽2．稳水孔板3．可移动水位测针4．实验堰 5．三角堰量水槽6．三角堰水位测针与测针筒7．多孔尾门8．尾门升降轮9．支架10．旁通管微调阀门11．旁通管12．供水管13．供水流量调节阀门14．水泵15．蓄水箱2．装置说明水位测量——水位测针水位测针结构如图所示，测针杆是可以上下移动的标尺杆，测量时固定在支架套筒中，套筒上附有游标，测量读数类似游标卡尺，精度一般为毫米。
测针杆尖端为与水面接触点，测量过程中，不宜松动支座或旋动测针。
在测量时，测针尖应自上而下逐渐接近水面，当水位略有波动时，可多次测量取平均值。
测量恒定水位时，测针可直接安装，如图中测针3，也可通过测针筒间接安装，如测针与测针筒 6。
堰上下游与三角堰量水槽水位分别用测针 3 与 6 量测。
移动测针 3 可在槽顶导轨上移动，导轨的纵向水平度在安装调试后应不大于 mm。
实验原理 1．堰的分类根据堰墙厚度或顶长与堰上水头H 的比值不同而分成三种：薄壁堰（ /H＜）；实用堰（＜ /H ＜）；宽顶堰（＜ /H＜10）。
实验时，需检验 /H 是否在实验堰的相应范围内。
2．堰流流量公式：自由出流 3 202Vq mb gH 淹没出流 3 202V sq mb gH由自由出流流量公式知，只要测定Vq 、H 0 ，则可得出堰流流量因素 m 值。
堰流实验
实验十 堰流实验一、实验目的1．实测自由出流条件下实用堰（或宽顶堰）流量系数m 值的大小，点绘流量系数m 值和堰上仝水头H 0之间的关系曲线，加深对m 值影响因素的理解。
2．测定堰流淹没系数，观察堰流从自由出流到淹没出流变化的水流现象。
二、实验原理及设备1．原理在明渠中，当设置某一堰型的建筑物后，水流的运动状态发生一有规则变化，根据能量方程导出在无侧收缩自由出流时堰流的基本公式是：2/30H g 2mb Q = 2/30H g 2b /Q m =∴2．打开进水阀门，放入水槽，并调节尾门，保持自由出流，待水流稳定后分别测量量水堰和实用堰堰（3-4）H 处的水面测针读数。
3．从小到大依次改变流量，重复以上步骤，共做3-6次。
4．测定最后一次后，调节尾门，改变下游水深，使堰流从自由出流缓缓向淹没出流过渡，并注意观察堰上、下游水位变化情况，对宽顶堰，当0sH h ≥0.8即为淹没出流，对WES剖面的实用堰当0sH h ≥0.15即为淹没出流。
5．当水流变成淹没出流时，读记该状态下堰上游水面针读数和堰下游水面测针读数。
6．列表计算，并点绘各种流量下的H 0~m 关系曲线，分析m 值随H 0的变化规律。
7．在绘好的H 0~m 关系曲线上，据淹没状态下H 0查m 值，将淹没状态下的m 和H 0代入式2/30H g 2mb /Q =σ中去，计算出σ来。
注意事项：（1）实测堰流流量系数时应从小到大依次改变测量，每次的改变量不要太大，尽量使每次的改变量大致相同。
（2）每改变一次流量，都尽可能观察几分钟，待水流稳定后再测量。
（3）实没堰流流量系数时的最小流量，不宜太小，要保持上游量水堰水舌脱离堰板，且保证被测的宽顶堰的δ/H 0>0.67。
（4）实验时流量也不宜过大，流量过大，水流容易外溅，且因强烈紊动而引起水面波动，使测针读数不准。
（5）实测堰流的淹没系数时，应在大流量的情况下，保持来流固定，改变下游水深而形成淹没。
流体力学讲义 第十章 堰流
第十章堰流堰流是明渠缓流由于流动边界急剧变化而引起的明渠急变流现象。
本章主要介绍各类堰流的水力特征、基本公式、应用特点及水力计算方法。
概述一、堰和堰流堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水位，又能自然溢流，这障壁就称为堰。
堰流（weir flow）：缓流越过阻水的堰墙溢出流动的局部水流现象称为堰流。
选择：堰流特定的局部现象是： A.缓流通过障壁； B.缓流溢过障壁； C.急流通过障壁； D.急流溢过障壁。
研究堰流的主要目的：探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。
堰流的基本特征量（图10-1）1.堰顶水头H；2.堰宽b；3.上游堰高P、下游堰高P1；图10-14.堰顶厚度δ；5.上、下水位差Z；6.堰前行近流速υ0。
二、堰的分类1.根据堰壁厚度d与水头H的关系，如图10-2：图10-2图10-32.根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系，图10-4：3.根据堰与水流方向的交角：图10-44.按下游水位是否影响堰流性质：5.按堰口的形状：堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。
三、堰流及孔流的界限1.堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。
孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。
2.堰流和孔流的判别式（1）宽顶堰式闸坝堰流：e/H ≥0.65 孔流：e/H <0.65（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）堰流：e/H ≥0.75 孔流：e/H <0.75式中：e——闸门开启高度； H——堰孔水头。
判断：从能量角度看，堰流和闸孔出流的过程都是一种势能转化为动能的过程。
对第一节堰流的基本公式一、堰流基本公式推导（图10-7）由大孔口的流量公式（7-6)及，并考虑上游行近流速的影响，令图10-6得堰流的基本公式：（10-1）式中:m——堰流流量系数，m=。
二、堰流公式图10-7若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：（10-2）（10-3）式中：——淹没系数，≤1.0；——侧收缩系数，≤1.0 。
堰流和闸下出流
图8-1所示，表征堰流的特征量有：堰宽b，即水流漫过堰顶的宽度；堰，即堰上游水位在堰顶上的最大超高；堰壁厚度δ和它的剖面形状；下及下游水位高出堰顶的高度Δ；堰上、下游高P及P′；δ的大小将堰划分为三种基本类型。
根据堰流的水力特点，可按Hδ＜0.67，水流越过堰顶时，堰顶厚度(Sharp_Crested Weir) H不影响水流的特性，如图8-2a所示。
薄壁堰根据堰口的形状，一般有矩形堰、三角堰和梯形堰等。
薄壁堰主要用作量测流量的一种设备。
δ＜2.5，堰顶厚度δ对水舌的形状已有(Practical Weir) 0.67＜H图8-2H＞10时，沿程水头损失逐渐起主要作用，不再属于堰流的范畴。
堰流形式虽多，但其流动却具有一些共同特征。
水流趋近堰顶时，流股断面收缩，流速增大，动能增加而势能减小，故水面有明显降落。
从作用力方面看，重力作用是主要的；堰顶流速变化大，且流线弯曲，属于急变流动，惯性力作用也显著；在曲率大的情况下有时表面张力也有影响；因溢流在堰顶上的流程短H)，粘性阻力作用小。
在能量损失上主要是局部水头损失，沿程水头损失可忽略不计(如宽顶堰和实用堰)，或无沿程水头损失(如薄壁堰)。
由于上述共同特征，堰流基本公式可具有同样的形式。
δ以外，堰流与下游水位的联接关系也是一个重影响堰流性质的因素除了H图8-3及堰顶断面1-1列出能量方程，以通过堰顶的水平面为基准断面为渐变流；而1-1断面由于流线弯曲属急变流，过水断面上测压管水头不为常数，故用(p z γ+)表示1-1断面上测压管水头平均值。
由此可得2002v H g α+=(p z γ+)+()2112v gαζ+图8-4测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，不会产生侧向收缩。
堰顶必须做成向下游倾斜的锐角薄壁角薄壁，以便水流过堰后就不再和堰壁接触，溢流水舌有稳定的外形。
同时，应在紧靠堰板下游侧墙内埋设通气孔，使水舌内外缘空气压强相等，以保证通过水舌内缘最高点的铅直断面上也能具有稳定的流速分布和压强分布，从而有稳定的矩形薄壁堰无侧向收缩自由溢流的水舌形状矩形薄壁堰稳定水舌的轮廓，巴赞(H.E.Bazin)做了富有意义的观测。
堰流公式
堰流公式：
第二节
薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，常作为水力学模型实验、野外量测中的一种有效量水工具。有的临时档水建筑物，如叠梁闸门也可近似作为薄壁堰。
曲线型实用堰的外形一般按薄壁堰水舌下缘曲线设计。因此，研究薄壁堰具有重要的实际意义。
第
水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工
建筑物。例如，溢流坝、水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。
堰是顶部过流的水工建筑物。
图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响
闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流
堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位；在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量损失主要是局部损失。
4.明渠水流：堰坎厚度δ＞10H
二、堰流水力计算的基本公式
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
分析：0-0断面为渐变流，1-1断面为急变流（流线弯曲）
①
式中： 为1-1断面测压管水头的平均值；
v0为0-0断面的平均流速；
v1为1-1断面的平均流速；
ζ为局部阻力系数
令 ，则①式可变为
下游堰高选择
例：某土坝中段设置溢洪道，底坎采用曲线型实用堰，试确定堰顶高程和堰底剖面形状。
已知：Q＝1400 m3/s，上游水位高程165.0m，下游水位高程110.0m，筑坝处河床高程100.0m，并且堰上游面垂直，下游直线段坡度，m= 0.7，α＝55°，边墩头部为圆弧形,闸墩头部采用3型，顶部与堰上游面齐平，闸孔数n= 5,每孔净宽b’ = 12m。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
堰流实验
一、实验目的要求
１．观察不同d /H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶堰过流的影响。
２．掌握测量堰流量系数m和淹没系数s
s 的实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m及s
s
值。
二、实验原理
1.堰流流量公式:
自由出流
淹没出流
2.堰流流量系数经验公式:
(1)园角进口宽顶堰
(2)直角进口宽顶堰
(3) WES型标准剖面实用堰
P1/Hd >= 时，属高坝范围，m值如下：
H0 = Hd时，m = md = ;
本实验需测记渠宽b、上游渠底高程2、堰顶高程0、宽顶堰厚度、流量Q、上游水位1及下游水位3。
还应检验是否符合宽顶堰条件 <= / H <= 10.进而按下列各式计算确定上游堰高P1、行近流速V0、堰上水头H、总水头H0:
三、实验方法与步骤
1.把设备各常数测记于实验表格中。
２.根据实验条件要求流量，调节阀门13和下游尾门开度，使之形成堰下自由出流，同时满足<d /H<10的条件。
待水流稳定后，观察宽顶堰自由出流的流动情况，定性绘出其水面曲线。
３.用测针测量堰的上、下游水位。
在实验过程中，不允许旋动测针针头（包括明渠所有实验均是如此）。
４.待三角堰和测针筒中的水位完全稳定后（需等待5分钟左右），测记测针筒中水位。
5.改变进水阀门开度，测量4-6个不同流量下的实验参数。
/）。
测记流量Q′及上、下游
6.调节尾门，抬高下游水位，使宽顶堰成淹没出流（满足h
s
水位。
改变流量重复2次。
7.测量淹没系数，方法有二：
，式中m需根据H值方法一：根据步骤6测记的Q′与H值，由式确定s
s
由自由出流下实验绘制的~曲线确定，也可由圆角进口宽顶堰、直角进口宽顶堰堰流流量系数经验公式计算得到（误差不大于2%）。
方法二：在完成步骤4后，已测得自由出流下的Q值。
后调节尾门使之成淹没出流，此时由于流量没有改变，因淹没出流的影响，上游水位必高出原水位，为便于比较，可减小过水流
量，待堰上游水位回复到原自由出流水位，测定此时的流量Q′，根据式得=Q′/Q。
s
s
重复测2次。
参照以上方法，改变h
s
对WES型实用堰，除淹没系数不测外，其余同上。
四、实验分析与讨论
问题1.量测堰上水头H值时，堰上游水位测针读数为何要在堰壁上游（3～4）H附近处测读
参考答案:
堰流水力计算公式中的堰上水头H指未降落时的上游水面至堰顶的高差。
由于距堰壁（3～4）H处的上游水面下降值已小于，水面降落的影响已可忽略，故可选此位量测。
另外，在实际工程中亦不宜在堰上游太远处测量，因为堰上游可能为a1或b1型水面线，上游端渐近于正常水深线，越向上游，水面越高。
问题2.为什么宽顶堰要在<δ/H<10的范围进行实验
参考答案:
堰流水力计算公式中的堰上水头H指未降落时的上游水面至堰顶的高差。
由于距堰壁（3～4）H处的上游水面下降值已小于，水面降落的影响已可忽略，故可选此位量测。
另外，在实际工程中亦不宜在堰上游太远处测量，因为堰上游可能为a1或b1型水面线，上游端渐近于正常水深线，越向上游，水面越高。
问题3.有哪些因素影响实测流量系数的精度如果行近流速水头略去不计，对实验结果会产生多大影响
参考答案:
堰流水力计算公式中的堰上水头H指未降落时的上游水面至堰顶的高差。
由于距堰壁（3～4）H处的上游水面下降值已小于，水面降落的影响已可忽略，故可选此位量测。
另外，在实际工程中亦不宜在堰上游太远处测量，因为堰上游可能为a1或b1型水面线，上游端渐近于正常水深线，越向上游，水面越高。