(八)堰流实验
明渠堰流实验报告
明渠堰流实验报告实验目的本次实验旨在通过对明渠堰流的实验研究，深入了解明渠中的水流特性、流量计算方法以及影响水流的各种因素。
实验原理明渠堰流是指在明渠中流动的水流受到堰的阻碍而形成的流动现象。
在此实验中，我们将通过调整堰高、宽度和水位变化来研究明渠中的堰流特性。
实验装置实验装置主要由明渠、堰板和水泵组成。
明渠由透明材料制成，堰板的高度、宽度可调节，水泵提供水源。
实验步骤1. 将水泵接通电源，调节水泵流量使其保持稳定。
2. 调节堰板的高度和宽度，使得水流形成明渠堰流。
3. 通过液晶显示屏记录明渠中水位的变化。
4. 在不同的堰高、宽度下重复步骤2-3，得到一组数据。
5. 根据实验数据计算流量，并绘制流量-堰高、流量-堰宽的关系图。
实验结果与分析根据实验数据，我们得到了不同堰高和堰宽下的流量数据，并绘制了流量-堰高、流量-堰宽的关系图。
通过分析数据，我们得出以下结论：1. 堰高对流量的影响：堰高越高，流量越小。
因为堰高的增加会增加水流阻力，导致实际流量减小。
2. 堰宽对流量的影响：堰宽越宽，流量越大。
由于堰宽增大，水流的横截面积变大，从而提高了流量。
3. 实际流量与理论流量的差异：在实际实验中，我们发现实际流量要比理论流量小。
这是因为实验中存在一些不可避免的损失，如水流摩擦、边缘效应等。
实验认识与体会通过本次实验，我们对明渠堰流的特性有了更深入的了解。
实验过程中，我们通过调整堰高和堰宽，观察水位变化并计算流量，从而得出了堰高、堰宽与流量之间的关系。
同时，我们也发现实验结果与理论计算存在一定的差异，这提示我们在实际应用中需要考虑一些额外因素，如摩擦、边缘效应等。
总的来说，本次实验让我们对明渠堰流有了更加深入的了解，培养了我们观察、分析和计算的能力。
通过这个实验，我们对流体力学的知识有了更加直观的认识和体会。
堰流实验
堰流实验一、实验目的要求1、了解堰、堰流的概念。
2、观察宽顶堰、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。
3、分析各种堰流的水力特性。
二、实验装置实验装置见图：1.有机玻璃实验水槽；2.稳水孔板；3.测针；4.实验堰；5.三角堰量水槽；6.三角堰水位测针筒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；14.水泵；15.蓄水箱本实验装置通过改变不同堰体，可演示常见的各种堰流现象及其下游水流衔接形式。
包括宽顶堰流、实用堰流、底流消能、挑流消能、面流和消力戽消能等。
此外，还可演示平板闸下出流、薄壁堰流。
在实验过程中可根据情况具体安排实验内容。
三、实验原理1.堰流现象堰在水利工程中既是挡水建筑物又是泄水建筑物，其作用是抬高水位和宣泄流量。
在水力学中，把顶部溢流的水工建筑物称为堰。
当水流从堰上溢流时，水面线为一条光滑的降落曲线，并在较短的距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物的过水能力均有一定的影响，其出流过程的能量损失主要是局部水头损失。
堰的分类按堰沿水流方向的厚度占和上游水头H的比值分为薄壁堰，实用堰和宽顶堰，如图9.1所示。
当δ/H<0.67 薄壁堰0.67<δ/H<2.5 实用堰（曲线形、折线形）2.5<δ/H< 10 宽顶堰按下游水位对泄流量的影响，堰还分为自由出流和淹没出流。
当下游水位不影响堰的泄流能力时称为自由堰，反之称为淹没堰。
按有无侧收缩，堰又可分为无侧收缩堰和有侧收缩堰。
当溢流宽度与上游渠道的宽度相等时，称为无侧收缩堰流；当溢流宽度小于上游渠道宽度时，称为有侧收缩的堰流。
图9.2 堰的分类2.堰流的基本公式堰流的一般公式为2302H g mb Q εσ= 式中Q 为流量；b 为堰宽；m 为流量系数；Ho 为堰上总水头，可用下式计算g v a H H 22000+= 对于矩形断面)(0P H b Qv +=式中v 0为堰前行近流速；H 为堰上水头；P 为堰高。
(八)堰流实验
（八）堰流实验一、实验目的要求1．观察不同/H δ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．掌握测量堰流量系数m 和淹没系数s σ的实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m 及s σ值。
二、实验设备 如下图所示。
本设备自循环供水、加耒储存在蓄水箱15中。
实验时，由水泵14向实验水槽1供水，水流经三角堰量水槽5，流回到蓄水箱15中。
水槽首部有稳水、消波装置，末端有多孔尾门及尾门升降机构。
槽中可换装各种堰、闸模型。
堰闸上下图11—1堰流实验装置图1.有机玻璃实验水槽；2.稳水孔板；3.测针；4.实验堰；5.三角堰量水槽；6.三角堰水位测针筒；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；14.水泵；15.蓄水箱；游与三角堰量水槽水位分别用测针3与6量测。
为量测三角堰堰顶高程配有专用校验器。
本设备通过变换不同堰体，可演示水力学课程中所介绍和各种堰流现象，及其下游水面衔接型式。
包括有侧收缩无坎及其它各种常见宽顶堰流、底流、挑流、面流和戽流等现象。
此外，还可演示平板闸下出流、薄壁堰流。
同学们在完成规定的实验项目外，可任选其中一种或几种作实验观察，以拓宽感性知识面。
三、实验原理 1．堰流流量公式：自由出流3/20Q = （11.1） 淹没出流3/20s Q σ= （11.2）2．堰流流量系数经验公式： （1）园角进口宽顶堰113/0.360.011.2 1.5/P H m P H -=++ （当1/3P H ≥时，0.36m =）（11.3） （2）直角进口宽顶堰113/0.320.010.460.75/P H m P H-=++（当1/3P H ≥时，0.32m =） （11.4） （3）WES 型标准剖面实用堰1/ 1.33d P H ≥时，属高坝范围，m 值如下：0d H H =时，0.502d m m ==； 0d H H ≠时，m 值参见附录11.2。
堰流实验
6.改变进水阀门开度（其中一种造成下游水深高于堰高），测量5个不同流量下的实验参数。
10.5数据处理及成果要求
1．记录有关信息及实验常数
实验设备名称：__________________实验台号：_________
实验者：______________________实验日期：_________
10.3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＜0.67）；实用堰（0.67＜/H＜2.5）；宽顶堰（2.5＜/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
淹没出流
由自由出流流量公式知，只要测定 、H0，则可得出堰流流量因素m值。
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（3～5）H附近处测读？
2．为什么宽顶堰要在2.5＜/H＜10的范围内进行实验？
表8.1.1直角进口宽顶堰流量因数测记表
实验次数
三角堰上游水位
01
/10-2m
堰上游水位
1
/10-2m
堰下游水位
3
/10-2m
实测流量
/(10-6m3/s)
堰顶水头
渠宽b＝10-2m；宽顶堰厚度＝10-2m；
上游渠底高程2＝10-2m；堰顶高程0＝10-2m；
上游堰高P1＝10-2m；
三角堰流量公式为
其中，三角堰顶高程00＝10-2m；A=；B=。
2．实验数据记录及计算结果（参表8.1.1）
3．成果要求
对堰流流量因数m的实测值与经验值进行分析比较。
流体力学7-8堰流
4、说明
堰流是一种无压缓流，经过堰溢流后，上游发生壅水， 水深增加，堰上水面跌落 凡有堰处均伴随收缩，除发生壅水或跌水外，必有收 缩，收缩是堰流的最大特点，此时速度增加、水面下 降 宽顶堰：水面收缩 桥墩间：侧面收缩
3
二、堰的特征值
宽度：B上游渠道宽，上游来流宽度(B=b无侧收缩)
b堰宽，水浸过堰顶的宽度(桥B≠b)
1．薄壁堰溢流
矩形薄壁堰自由式溢流
Q m0b 2 g H 0 2
0.0027 H
3
m0计入行进流速水头的影响，采用巴赞公式
m0 (0.405
)[1 0.55(
2 H H P
) ]
公式适用范围：b≤2m，p≤1.13m，H≤1.24m 出现侧收缩可用修正的巴赞公式
2 b 2 0 . 0027 B b H m0 (0.405 0.03 )[1 0.55( ) ( ) ] H B H P B 14
流量加大，坝底处会形成真空，引起坝基 振动，故对大型水坝底部要进行消能处理。
17
1、在所有堰流中，哪种堰流的流量系数最大，哪种堰流 的流量系数最小？ 实用堰流量系数最大，宽顶堰流量系数最小。 2、堰壁的厚度对堰流有何影响？ 堰壁的厚度与堰上水头比值的大小决定了水流溢流的 流动图形。 3、薄壁堰、实用堰、宽顶堰的淹没出流判别条件有什么 区别？ 三者淹没出流的必要条件相同：堰下游水位高出堰顶标 高；但充分条件不同，薄壁堰、实用堰是：下游发生淹 没式水跃衔接。宽顶堰是：下游水位影响到堰上水流由 急流变为缓流即hs>0.8H。 4、堰流流量公式中的流量系数m和m0有什么区别？ Q mb 2 g H 0 3 / 2 m没有计及行近流速 19 3/ 2 m0考虑了行近流速的影响 Q m0b 2 g H
8堰流、闸孔出流和桥、涵过流的水力计算
边缘与堰上游同侧水边线间的距离。
三、宽顶堰的淹没条件及淹没系数
宽顶堰的淹没条件（取平均值）为 宽顶堰的淹没系数
hs/H0 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
h s 0 .8 H 0
σs
1.00
0.995 0.99
0.98
0.97
如图所示矩形薄壁堰自由出流，设堰顶B点处水流质 点流速u与水平方向相交成θ角，则x、y方向大流速分量 等于 u x u cos , u y u sin 则在水舌下缘最高点时有
ux u,u y 0
x u x t ut cos 经时刻t后，液体质点的坐标值为： 1 2 y gt 2 y x n H d 整理后得 ( ) k( ) 消去t后，两端用 H d Hd
闸底坎平顶堰时
e H
e H 0 . 65
0 . 65
为闸孔出流； 为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
e H e H 0 . 75 0 . 75
为闸孔出流；
为堰流；
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。
一、矩形薄壁堰流
薄壁堰流由于具有稳定的水头和流量关系，因此， 常作为水力模型试验或外测量中一种有效的量水工具。 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。
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
8 堰流及闸孔出流课件
宽顶堰流
2.5
H
10
宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。 水流特征：水流在进口附近的水面形成跌落 有一段水流与堰顶几乎平行 下游水位较低时，出堰水流二次水面跌落
如果堰顶宽度继续增加，即δ/H>10，则沿程水头损
失不能忽略，水流特性不再属于堰流，而是明渠流。
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
堰上水头不宜过小（应大于2.5cm）；
水舌下面的空间与大气相通。
图8.5是实验室中测得的无侧收缩、非淹没矩形薄壁
堰自由出流的水舌形状。
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量计算公式：
Q m0b 2 g H
伯克（T.Rehbock）公式计算
3/ 2
（8.2）
式中， m0为包括行近流速影响的流量系数，可按雷
0
堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面
实验资料表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度δ
与堰顶水头H之比δ/H 而变。 工程上，按δ 与 H 的大小将堰流分为 薄壁堰流 实用堰流
H
0.67
0.67
H
2.5
曲线形 折线形 有坎
宽顶堰流
2.5
H
10
无坎
薄壁堰流
薄壁堰流
折线形实用堰流
8 堰流及闸孔出流
8 堰流及闸孔出流
水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求， 溢流坝、 水闸底槛、桥孔、无压涵洞进口。
需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，
堰：既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
0 H e b
0
H e
0
堰流实验
堰流实验一、实验目的：1、观察实用堰的过流形态；2、测定某一堰形的流量系数m ，并绘制流量系数m 与堰上水头H 的关系曲线。
二、实验设备：装有实用堰的明渠玻璃槽与活动测针。
三、实验原理由堰流流量公式：2/302H g mB Q =得到：2/302H g B Qm =实验时，改变槽中不同的流量，即可测得相应于不同流量时的堰顶水头H 值。
然后计算出H0（含行近流速水头）。
利用上式计算出相应于不同堰顶水头H0的m 值，从而可以点绘出m 与水头H0的关系曲线。
水跃综合实验一、实验目的：1．掌握测定水跃各在素的基本方法2．观察并描述各种形式的水跃现象（远驱式、临界式、淹没式）3．测定非淹没式水跃的主要水力参素二、实验设备：安装有实用堰和宽顶堰的玻璃水槽、活动测车、钢板尺三、实验原理：水跃是指明渠水流由急流过渡到缓流状态时，形成的局部水面突然跃起的水力现象。
即在较短的范围由小于临介水深k h 的跃前水深'h 急剧跃到大于k h 的跃后水深h �，同时在这段水流的上部存在急剧掺气的表面漩滚区之下为急剧减速扩散的主流区，这是自由水跃的典型状态。
明渠水流中水深从小于h k 过渡到大于h k 时，在水流表面上可看见水跃。
（1）水跃共轭水深的计算公式：)181(2320"'−′′+=h g q h h α)181(2320'"−′+=h g q h h α式中：'h ——水跃的跃前水深，"h ——水跃的跃后水深q ——单宽流量，BQq =,B 为过水断面宽度。
（2）跃首急流的弗洛德数；3201'ghq F r α=（3）水跃长度的经验公式：)(.'"h h L j −=96（4）水跃的能量损失E∆)(("'gV h g V h E 2222222211αα+−+=∆当跃进前水深的弗洛德数略大于1（1〈1r F 〈1.7 时不能产生完整水跃，水面没有漩滚，仅出现一系列起伏的单波，经长距离后才消失，此为波状水跃，消能效果差。
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。
工程流体力学-第8章 堰流
qv
bH
p
0.97 m/s
Fr
v0
gH
p
0.267
1
潜水坝上游水流确为缓流，故上述计算有效。
§8-5 小桥孔径水力计算
一、小桥（涵洞）过流现象
§8-5 小桥孔径水力计算
二、淹没标准
h 1.3hc 自由式 h 1.3hc 淹没式 式中：hc为桥孔临界水深。
§8-5 小桥孔径水力计算
三、计算图式 自由式
第8章堰流
编目制录依据
§8-1 堰流的定义及堰的分类 §8-2 堰流的基本公式 §8-3 薄壁堰流 §8-4 宽顶堰流 §8-5 小桥（涵洞）孔径的水力计算
§8-1堰流定义及堰的分类
一、堰流定义 无压缓流越过障壁产生的 ①③②
局部水力现象称为堰流，障 壁称为堰。
§8-1堰流定义及堰的分类
二、堰的分类
2g
g 2g 2g
式中： p2 0
令
H0
H
（ 作0v02用水头）
2g
则
v2
1
2
2gH0
2gH0
1 2
§8-2堰流基本公式
qv A2v2 be 2gH0 kb 2g H01.5
A2 bTeEXT
mb
2
g
H
1.5 0
令e kH0
TEXT
令m k
若将堰上游行近流速v0的影响纳入流量系数中去考虑, 则上式可写为
★淹没系数 : f H0
§8-4 宽顶堰溢流
◇淹没标准 当 hs h hp 0 宽顶堰绝对不会淹没。 ☆淹没必要条件
hs h hp 0
☆淹没充分条件
hs h hp 0.8H0
流体实验报告 堰流流量系数测定实验
堰流流量系数测定实验1、 实验目的：(1) 掌握堰流流量系数m 的测定方法，了解流量系数m 的物理意义。
(2) 观察淹没堰流的水流形态和特征。
(3) 点绘实用堰流流量系数m 与堰上水头H 0的关系曲线。
2、 实验基本原理：通过溢流坝的流量可用量水堰测得，求得过堰的流量后，即可通过堰流公式反求流量系数：3/202Q mB gH =，可以得到：3/22Q m B gH =。
实验中改变流量Q 可测得相应的堰顶水头H ,然后计算出H 0和相应m ，即可绘制m 与水头H 0的关系曲线。
3、主要仪器： 如下图所示：在玻璃水槽中装有实用堰，并在水槽首部装有90。
的三角量水堰，堰前有水位测针筒。
二、实验操作部分1实验步骤（1） 放水之前，用活动测针测出堰前槽底高程▽低和堰顶高程▽堰顶，堰高P =▽堰顶-▽底。
（2） 关闭首部的泄水阀，打开进水阀和尾门，保持堰流为自由出流，待水流稳定后测读三角堰上游水面测针读数▽，三角堰水头H=▽-▽0，根据Q---H 曲线图查Q 值；或者根据Q=15.42H 2.47cm 3/s 计算Q 值。
（3） 用水位测针筒测读堰前水深h ，约在堰顶上游（3~5）H 以上断面处，得到堰顶水头H 堰=h-P ，P 为堰高。
（4） 计算行近流速v 0和堰上水头H 0 ， 0QBh υ=，20002H H gαυ=+堰。
（5） 按堰流流量计算公式计算流量系数m 值。
（6） 改变流量，重复3~5步骤，共做8次。
（7） 试验完成后，可关小尾门，抬高下游水位，观察淹没堰流的水流形态。
实验过程注意事项（1） 要检查水槽首部泄水阀是否关闭，否则，所测流量与进槽流量是不相等的。
（2） 堰上水头一定要在距离堰顶3~5倍水头以上处测量。
（3） 每次调节流量一定要待水流稳定后（7分钟以上），才能进行测量。
（4） 关小尾门时要注意水位变化，不要使水流溢出槽外。
2、实验数据，表格及数据处理（1） 三角堰零点读数▽0= 2.87 cm ；堰前水位测针零点读数▽底= -5.81 cm ；堰高P=27.99 cm ；水槽宽度B=30 cm 。
8第八章 堰流
H
δ
二、堰的分类
以堰顶的厚度δ与堰上水头H的比值分类： 薄壁堰
H
v
/ H 0.67
0.67 / H 2.5
实用堰
宽顶堰
2.5 / H 10
当δ/H>10时,为明渠流
其它分类(补充)
按下游水位是否影响堰流性质分: 自由式出流——当下游水深较小而不影响堰顶正 常出流； 淹没式出流——当下游水深较大且已经影响到了 堰顶的正常出流。 按上游渠道宽度B与堰宽b的相互大小分： 无侧收缩堰——上游渠道宽度B等于堰宽b； 有侧收缩堰——渠宽B大于堰宽b。 按水流与堰的流动方向分： 正堰——水流方向与堰正交； 斜堰——水流方向与堰非正交； 侧堰——水流方向与堰平行。
H p L' vo c hco hc c p'
3
v
δ
出 流 形 式——自由式
• 流量公式:
流量系数: 矩形直角进口
3/ 2 Q mb 2g H o
0
p 3.0时，m 0.32 0.01 H
3
p H p H
0.46 0.75
p 3 .0 H
m=0.32
p 3 H
矩形圆弧进口
小桥孔径为：
b
Qg 3 v k
自由式出流计算
1. 选定标准孔径 b‘ vk 2. 计算取用标准值后的流速 v‘k：
vk
3
b b
3. 再计算相应桥孔b‘中的水深h’k，判定所选 2 v 标准孔径b‘中的水流出流形式 hk k
g
4. 将其与H2作比较，如果是淹没式，则应按 淹没式重新计算。如果仍是自由式，可继 续计算桥上游壅水深度H。 5. 壅水深度H： H v h v v h v
第八章 堰流
在堰下游发生淹没式水跃衔接，即z<zk，充分条件
淹没溢流时，不仅堰的过水能力降低，而且下游水面波动 较大，溢流不稳定。所以用于测量流量用的薄壁堰，不宜 在淹没条件下工作。
薄壁堰的淹没标准：
z zk
（8-9a）
或
z p'
z p'
k
（8-9b）
式中， z为堰上、下游水位差； (z/p’)k 与H/p' 和计及行近流速 的流量系数m0有关，可由表8-1 查取。
录像1 录像2
（2）实用断面堰（0.67< δ/H<2.5），堰顶厚度δ 对水舌的 形状已有一定影响，但堰顶水流仍为明显弯曲向下的流动。 实用断面堰的纵剖面可以是曲线形，也可以是折线形。
当δ/H> 10 时，沿程水头损失逐渐起主要作用，不再属于堰 流的范畴。
按下游水位是否影响堰流性质：
自由式堰流：下游水深足够小，不影响堰流性质 (如堰的过流能力)；
现象称为堰流。 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。
堰流特定的局部现象是： 你的回答： A.缓流通过障壁； B.缓流溢过障； C.急流通过障壁； D.急流溢过障壁
堰流的基本特征量：
1.堰顶水头H； 2.堰宽b；
3.堰上、下游坎高P及P’；
4.堰顶厚度δ； 5.下游水深h及高出堰顶的高度△； 6.堰前行近流速υ0。
✓ 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(0≤δ/H≤10) ，黏性阻力作用小； ✓ 在能量损失上，主要是局部水头损失，沿程水头损失可
堰流实验报告
堰流实验报告堰流实验报告一、引言堰流是指在河道中设置堰坝，使水流受到阻碍而形成的一种流动状态。
堰流的研究对于水利工程和环境保护具有重要意义。
本实验旨在通过堰流实验，探讨不同堰型对水流的影响，为工程设计和河流管理提供参考依据。
二、实验设备和方法1. 实验设备本实验采用的设备包括水槽、堰坝模型、流速计等。
水槽长2米，宽0.5米，高0.5米，堰坝模型采用不同高度和形状的堰坝，流速计用于测量水流的速度。
2. 实验方法首先，将水槽中的水排空，然后根据实验需要设置不同高度和形状的堰坝。
在实验过程中，通过调整堰坝的高度和流量控制阀来改变水流的条件。
使用流速计测量不同位置的水流速度，并记录实验数据。
三、实验结果与分析1. 不同堰型对水流的影响在实验中，我们设置了三种不同形状的堰坝：矩形堰、三角形堰和圆弧堰。
通过观察实验现象和分析实验数据，我们得出以下结论：（1）矩形堰：矩形堰的堰顶宽度较大，水流受到较大的阻碍，形成了较高的水头。
水流在堰顶形成明显的跃水现象，并在堰下形成较大的漩涡。
矩形堰适用于需要较大水头和较大水量的工程。
（2）三角形堰：三角形堰的堰顶宽度较小，水流受到较小的阻碍，形成了较低的水头。
水流在堰顶没有明显的跃水现象，且在堰下形成较小的漩涡。
三角形堰适用于需要较小水头和较小水量的工程。
（3）圆弧堰：圆弧堰的堰顶呈圆弧形，水流受到中等程度的阻碍，形成了中等高度的水头。
水流在堰顶形成较为平滑的跃水现象，并在堰下形成适度的漩涡。
圆弧堰适用于需要中等水头和中等水量的工程。
2. 水流速度与堰高的关系我们还研究了水流速度与堰高之间的关系。
通过实验数据的分析，我们发现水流速度与堰高呈现一定的正相关关系。
即堰高增加时，水流速度也相应增加。
这是因为堰高的增加会增加水流的阻力，使水流速度增加。
四、结论通过堰流实验，我们得出了以下结论：1. 不同堰型对水流有不同的影响，矩形堰适用于需要较大水头和较大水量的工程，三角形堰适用于需要较小水头和较小水量的工程，圆弧堰适用于需要中等水头和中等水量的工程。
堰流——精选推荐
堰流堰流相关图⽚编辑词条专家发⾔消歧义参与讨论明渠缓流溢过建筑在渠道中的障碍物的流动。
障碍物称为堰，在⼯程中，障碍物为坝、桥涵、溢流设备等，它们使上游⽔位壅⾼，对堰流起侧向收缩和底坎约束的作⽤。
明渠急流流过障碍物，产⽣不同于堰流的⽔⼒现象。
当流经侧收缩段时，发⽣冲击波。
堰流主要研究⽔流流经堰的流量Q与其他特征量的关系。
表⽰堰流特征量，除流量外，尚有：堰宽b,即⽔流漫过堰顶宽度；堰顶⽔深H,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；下游⽔深h及下游⽔位⾼出底坎的⾼度墹；H1为堰⾼；h1为堰下游坎⾼；ν0为趋近流速。
如图所⽰。
堰的分类?根据堰壁的相对厚度δ/H的⼤⼩分为：薄壁堰(δ/H<0.67)、实⽤断⾯堰(0.67<δ/H<2.5)和宽顶堰(2.5<δ/H<10)。
按上游渠宽对过堰⽔流的收缩作⽤分为:上游渠宽B⼤于堰宽b的有侧收缩堰,B＝b时的⽆侧收缩堰。
按下游⽔位对过堰⽔流的淹没作⽤分为：⾃由堰流和淹没堰流。
当⼀定流量流经堰时，若下游⽔位较低（墹<0)，下游⽔位不影响上游⽔位，称为⾃由堰流；若下游⽔位较⾼(墹＞0)，下游⽔位影响上游⽔位，称为淹没堰流。
流量计算?堰流流量公式为或式中H0＝H＋v02/2ɡ；m为堰流流量系数,与堰的进⼝尺⼨和δ／H有关，⼀般分别按薄壁堰、实⽤断⾯堰和宽顶堰通过实验求得经验公式或数据；m0为计及趋近流速⽔头v02/2ɡ的流量系数；ε为侧收缩系数，与引⽔渠及堰的尺⼨有关,亦由实验求得，当⽆侧收缩时，ε＝1；σ为淹没系数，⼀般分别按薄壁堰、实⽤断⾯堰和宽顶堰由实验求出σ与墹/H0的关系,当为⾃由堰流时，σ＝1；ɡ为重⼒加速度。
薄壁堰?主要⽤作量测流量的设备，在距离堰壁上游三倍以上⽔头的地⽅测出⽔头H,可直接计算流量。
堰⼝为矩形的⽆侧收缩⾃由薄壁堰的流量公式为堰⼝为直⾓三⾓形的流量公式为Q＝1.4H2.5适⽤范围为H1≥2H，B≥(3～4)H。
堰流演示实验实验报告
一、实验目的1. 理解堰流的定义和基本特性。
2. 掌握堰流流量系数的测定方法。
3. 观察和分析堰流的水流形态和特征。
4. 学习水力学基本原理在工程中的应用。
二、实验原理堰流是指水流在无压条件下经过障碍物（堰）时，由于障碍物的阻挡，上游水位上升，随后水流溢过堰顶，形成自由溢流的局部水流现象。
堰流实验通过模拟不同类型的堰，观察和分析堰流的水流形态和特征，进而测定堰流流量系数。
三、实验设备1. 实验台：包括堰体、测针筒、水槽、流量计等。
2. 仪器：包括尺子、量杯、秒表等。
四、实验步骤1. 准备阶段：检查实验设备，确保其完好，熟悉实验步骤和注意事项。
2. 测量阶段：- 在堰前设置测针筒，测量堰前水位。
- 打开进水阀，让水流平稳地流入水槽。
- 记录不同流量下堰前水位、堰上水头、下游水深等数据。
- 重复实验多次，取平均值。
3. 分析阶段：- 根据实验数据，绘制流量-堰上水头关系曲线。
- 利用堰流公式计算流量系数m。
- 分析不同类型堰的流量系数和过流能力。
五、实验结果与分析1. 实验数据：- 表1：不同流量下堰前水位、堰上水头、下游水深数据| 流量（L/s） | 堰前水位（m） | 堰上水头（m） | 下游水深（m） || :----------: | :----------: | :----------: | :----------: || 10 | 0.50 | 0.15 | 0.05 || 20 | 0.55 | 0.20 | 0.10 || 30 | 0.60 | 0.25 | 0.15 || 40 | 0.65 | 0.30 | 0.20 |2. 流量-堰上水头关系曲线：- 根据实验数据，绘制流量-堰上水头关系曲线，发现曲线呈非线性关系。
3. 流量系数m：- 利用堰流公式计算流量系数m，结果如下：- 矩形薄壁堰：m = 0.61- 三角形薄壁堰：m = 0.62- 实用堰：m = 0.63- 分析不同类型堰的流量系数和过流能力，发现实用堰的流量系数和过流能力最大。
堰流实验心得体会
本学期我们进行了七周的水力学实验，从这些实验中我学到了很多。
例如，所有实验都是需要耐心地去测量一组一组的数据，还需要在实验后认真处理核对每一组数据。
这些实验加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。
特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去。
例如:数据处理时，遇到要进行数据获取，插入图表命令，这些就要求懂得excel软件一些基本操作。
通过这几次的实验，我不仅学会了如何正确使用实验仪器，还学习到了认真严肃的科研精神，并且激发了我学习新事物的兴趣，这些我个人觉得都是极为可贵的。
在实验开始之前，我认为最为重要的就是提前预习实验内容:包括实验仪器、实验原理、实验步骤以及实验分析总结。
我认为这里面需要我们花费很多心思去思考体会，想出自己对什么有疑问，以便上课时向老师提问寻求解答。
以我们的电拟实验为例:当时我们做这个实验时反复做了很多遍，也向老师提出了一些疑问。
在开始时，仪器需要校准。
因为上下游电势差不是10V，仅仅这一点我们就搞了很长时间。
最终我们得出的误差原因是因为电笔接触不好影响实验进行，所以我们更换了其他不可使用仪器的完好的电笔，实验才得以进行。
其次，实验分析阶段是培养我们自己独立思考、分析问题和解决问题的能力的阶段。
我认为培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。
如果我们每次对待实验都是随随便便的态度，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，必然会导致我们对待实验过程的懈怠。
尽管可能也会的.到好的成绩，但这对将来工作态度的养成是极为不利的。
最后，也是最为重要的就是关于实验的思考问题:哪些实验仪器能改进，哪些数据需要重新获取等都是我们要考虑的。
像堰流实验，以为我们分析的实验误差很大，所以我和同组的王琦玮同学就去做了3遍才最终确定的数据，局部水头损失也是如此。
关于动量方程实验仪器，做实验中砝码的固定和加载都是一项难题，同时这也对实验精确性产生了极大影响，对此，我想到是不是可以采用电磁体来代替人工加载(不知可不可行)。
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（八）堰流实验
一、实验目的要求
1．观察不同/H δ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．掌握测量堰流量系数m 和淹没系数s σ的实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m 及s σ值。
二、实验设备 如下图所示。
本设备自循环供水、加耒储存在蓄水箱15中。
实验时，由水泵14向实验水槽1供水，水流经三角堰量水槽5，流回到蓄水箱15中。
水槽首部有稳水、消波装置，末端有多孔尾门及尾门升降机构。
槽中可换装各种堰、闸模型。
堰闸上下
图11—1堰流实验装置图
1.有机玻璃实验水槽；
2.稳水孔板；
3.测针；
4.实验堰；
5.三角堰量水槽；
6.三角堰水位测针筒；
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；14.水泵；15.蓄水箱；
游与三角堰量水槽水位分别用测针3与6量测。
为量测三角堰堰顶高程配有专用校验器。
本设备通过变换不同堰体，可演示水力学课程中所介绍和各种堰流现象，及其下游水面衔接型式。
包括有侧收缩无坎及其它各种常见宽顶堰流、底流、挑流、面流和戽流等现象。
此外，还可演示平板闸下出流、薄壁堰流。
同学们在完成规定的实验项目外，可任选其中一种或几种作实验观察，以拓宽感性知识面。
三、实验原理 1．堰流流量公式：
自由出流
3/2
0Q = （11.1） 淹没出流
3/20s Q σ= （11.2）
2．堰流流量系数经验公式： （1）园角进口宽顶堰
11
3/0.360.01
1.2 1.5/P H m P H -=++ （当1/3P H ≥时，0.36m =）
（11.3） （2）直角进口宽顶堰
113/0.320.01
0.460.75/P H m P H
-=++（当1/3P H ≥时，0.32m =） （11.4） （3）WES 型标准剖面实用堰
1/ 1.33d P H ≥时，属高坝范围，m 值如下：
0d H H =时，0.502d m m ==； 0d H H ≠时，m 值参见附录11.2。
3．淹没系数s σ的经验值，参见附录11.1。
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δ、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
2.5/10H δ≤≤。
进而按下列各式计算确定上游堰高1P 、行近流速0υ、上水头H 和总水头0H ：
102P =∇-∇
012()
Q
V b =
∇-∇
10H =∇-∇
2
00/2H H g αυ=+
其中实验流量Q 由三角堰量水槽5测量，三角堰的流量公式为：
3(/)
B Q Ah cm s =
0100()h cm =∇-∇
式中：01∇、00∇分别为三角堰堰顶水位（实测）和堰顶高程（实验时为常数）。
A 、B 为率定常数，由设备制成后率定，标明于设备铭牌上。
四、实验方法与步骤（以宽顶堰为例） 1．把设备各常数测记于实验表格中。
2．根据实验要求流量，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2.5/10H δ<<的条件。
待水流稳定后，观察宽顶堰自由出流的流动情况，定性会出其水面线图。
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。
6．调节尾门，抬高下游水位，使宽顶堰成淹没出流（满足0/0.8hs H ≥）。
测记流量Q '及上、下游水位。
改变流量重复2次。
7．测算淹没系数。
方法有二：
方法一，根据步骤6测记的Q '与H 值，由公式（2）确定s σ，式中m 需根据H 值由自由出流下实验绘制的2~()m f H 曲线确定，也可由上式（11.3）或（11.4）式计得（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，测定此时的流时Q '，据式（11.2）可得/s Q Q σ'=。
参照以上方法，改变h ，重复测2次。
对WES 型实用堰，除淹没系数不测外，其余同上。
五、实验成果及要求
1．对堰流流量系数m 的实测值与经验值进行分析比较。
2．对宽顶堰淹没出流的实测淹没系数s σ，与经验值进行分析比较。
3．完成下列实验报表：
（1）记录有关常数 实验装置台号No 渠槽b = cm ；宽顶堰厚度δ= cm ；
上游堰底高程2∇= cm ；堰顶高程0∇= cm ； 上游堰高1P = cm ； 三角堰流量公式为
B Q Ah == 3/cm s 0100h =∇-∇= cm
其中，三角堰顶高程00∇= cm ；A= ；B= 。
（2）流量系数测计表（表11.1与表11.2） 六、实验分析与讨论
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？
2．为什么宽顶堰要在2.5/10H δ<<的范围内进行实验？
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？
附录 11.1宽枯堰的淹没系数s σ值
附录 11.20/~d H H m 关系曲线。