宽顶堰流的水力计算
7.2宽顶堰溢流——学习材料
7.2宽顶堰溢流——学习材料学习单元⼆、宽顶堰溢流⼀、堰的基本计算公式图7-3如图7-3所⽰的堰流为例推导堰流的⽔⼒计算公式：以通过堰顶的⽔平⾯为基准⾯，对堰前断⾯0―0 及堰顶断⾯1―1 应⽤能量⽅程式。
其中0―0 断⾯为渐变流；⽽1―1 断⾯流线弯曲程度很⼤，⽔流为急变流，过⽔断⾯上测压管⽔头不为常数，⽤γpz +表⽰1―1 断⾯上测压管⽔头平均值。
由此得：gv pz H g v H 2)(221110200αζαγα+++==+ v 0——0-0 断⾯的平均流速 v 1——1-1 断⾯的平均流速ζ——局部阻⼒系数令 ,0H pz ξγ=+ζα?+=11设堰顶过⽔断⾯1―1 宽度为b ，⽔⾆厚度⽤0kH 表⽰，k 为反映堰顶⽔流垂直收缩程度的系数。
则过⽔断⾯1―1 ⾯积为0kbH ，过堰流量为：v 011v 1P 2δHP 123010010121)(2H g b k H H g b kH A v Q ξζαξζα-+=-+==令ξ?ξζα-=-+=111k k m ，称为堰流的流量系数。
则堰流流量为：2302H g mb Q =，式中0H 称为堰前总⽔头上式为⽔流⽆侧收缩时堰流⾃由出流流量计算的基本公式，对堰顶过⽔断⾯为矩形的薄壁堰、实⽤堰及宽顶堰流都适合，不同的堰流流量系数不同),,(ξ?k m m =。
如堰流存在侧向收缩以及堰下游⽔位对过堰⽔流有影响时，应⽤上式时必须进⾏修正。
实际计算中将堰前⾏进流速⽔头的影响写进流量系数之中23200021(gv m m α+，则堰流流量公式可以写成：2302H g b m Q =由流量公式可知，堰流流量和堰前总⽔头的3/2次⽅成正⽐。
⼆、宽堰当堰顶⽔平且10/5.2≤宽顶堰流是实际⼯程中很常见的⽔流现象。
⼀般可分为两种，⼀种是具有底坎(堰坎)，在垂直⽅向发⽣收缩⽽形成的有坎宽顶堰流，如图7-4(a)、(b)所⽰；另⼀种是没有底坎，如⽔流流经桥墩之间(见图7-4(c))、隧道或涵洞⼊⼝，以及⽔流经施⼯围堰束窄了的河床(图7-4(d) )时，⽔流由于边界宽度变⼩⽽产⽣侧向收缩，流速增⼤，动能增⼤，势能相应减⼩导致进⼝处⽔⾯跌落，产⽣宽顶堰的⽔流状态，称为⽆坎宽顶堰流。
宽顶堰流的水力计算PPT课件
d 0.2 0.06 0.1，为小孔口 H 3 A
4
d 2 0.0314
v 0.62, H 0 H 0 3.03 2g
叫做闸孔出流。
当顶部闸门完全开 启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时， 水流从建筑物顶部自由下泄，这种水流状态称为堰流。
堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。
工程上通常按照堰坎厚度 δ 与堰上水头H 的比值大小及水
流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流：
即
H 0.67
。
2．实用堰：
2 gH0 2 gH0
式中 为流速系数。
流量为 Q vc Ac A 2gH0 A 2gH0 式中 为孔口出流的流量系数。 缩系数。 根据实验，小孔口的
为孔口的收
缩系数
0.06, 0.97 ， ， 、收 0.62 。不同边界形式的孔口的流速系数
2 2 0 0 c c 1 w
所以
v 带入 hw ( 1) c 2g
0v0 2 c vc 2
2
2
v H H1 ( 1) c 2g 2g 2g z0 z
0v0
2g
2
H H1
0v0
2g
2
(b)
所以流量公式为:
Q A 2 gz0
淹没出流中的流量系数 , 一般与自由出流的流量系数 相同。
第八章 堰流及闸孔出流
8.1 概述 在容器壁上开孔 , 液体经过孔口泄流的水力现象 , 称为孔 口出流。若孔口上加设短管，而且壁厚或短管长度是孔口 尺寸的 3~4 倍，这段短管称为管嘴。经过管嘴的泄流，称 为管嘴出流。
宽顶堰自由出流公式(二)
宽顶堰自由出流公式(二)
宽顶堰自由出流公式
简介
宽顶堰自由出流公式是一种用于计算宽顶堰水流出口断面流量的
公式。
它在水利工程领域有着重要的应用，能够准确预测水流出口的
流量，并为工程设计提供重要参考。
公式推导
宽顶堰自由出流公式的推导过程比较复杂，其中涉及到流体力学
的相关理论。
在此，我们只给出最终的公式结果：
Q = C * L * H^
其中，Q表示流量，C为流量系数，L为出口的有效长，H表示出
口水位高度。
公式参数解释
•流量系数C：它体现了宽顶堰出流特性，与堰体形状、出水流态以及流量特性有关。
常用的具体数值可通过实测或经验公式得出。
•有效长L：它指的是宽顶堰出口有效的横向长度，通常与堰体宽度相等。
•出口水位高度H：它是从堰顶到出口水位的垂直距离，即水头。
示例说明
假设有一个宽顶堰，其有效长（L）为10米，出口水位高度（H）为3米。
已知流量系数（C）为。
我们可以通过宽顶堰自由出流公式计算出水流出口的流量。
根据公式：Q = C * L * H^
代入参数：Q = * 10 * 3^ = * 10 * = m^3/s
因此，当宽顶堰的有效长为10米，出口水位高度为3米时，水流出口的流量约为立方米每秒。
总结
宽顶堰自由出流公式是一种重要的工程计算公式，能够准确预测宽顶堰的水流出口流量。
通过公式中的参数，我们可以根据实际情况进行计算，并为水利工程的设计和运营提供帮助。
带翻板门宽顶堰流量计算公式
滚轮连杆式水力自控翻板闸门上游洪水位计算公式一、翻板闸门全开卧倒以后的情况流量公式为：5.102H g b m Q s ∑=εσ 式中，s σ——淹没系数，由试验确定；m ——流量系数，由试验确定；H o ——门下的坝（堰）顶以上的上游全水头（m ）， g v H H 22000α+=；H ——门下的坝（堰）顶以上的上游水头（m ）。
其余符号的意义同前。
对于全关时有预倾角度的滚轮连杆式水力自控翻板闸门，门下匹配为带园弧形进口的复式折线型实用堰的情况，湖南省水电（闸门）建设工程有限公司副总工程师贺挽澜通过大量的水工模型试验对σs 与m 提出如下经验公式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=1.755.219.038.503.106.21000136.001325.1H p a q a q m θθ 当．７０７H h s 00≥时，s σ=2.35414.0001⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-H h H h s s ； 当．７０７＜H h s 00时，s σ＝1.00；上述h——下游水位高于堰顶的水深（m），当下游实测水位流量关系s中某一流量其对应水位有变幅时，应取其中的最高水位来计算h。
s 当无实测水位流量关系而依靠计算时，糙率n应取可能的最大值；q——过闸单宽流量（m3/s-m）；a——闸门全关时的铅垂挡水高度（m）；θ——闸门全开卧倒时面板与铅垂面的夹角（全开θ＝75°）；p——上游堰高（m）；1其余符号的意义同前。
流量系数m中已包含了堰顶形状尺寸、堰高、防护墩、闸门面板、支腿、支墩、运转机构、工作桥等对过流的影响。
当工程规模较大或较重要时，σs值与m值应由水工模型试验确定。
宽顶堰流流量计算举例.
宽顶堰流水力分析与计算
案例分析： 1.水流现象分析 闸门全开，水面无 约束为堰流 。 2.流量公式确定 5.淹没系数ζs确定
(1)淹没条件
Q s mB 2gH0
3/2
(2)淹没系数确定 淹没系数与hs/H0有关，查表求得。
3.流量系数m确定 4.侧收缩系数ε确定
水力分析与计算
宽顶堰流水力分析与计算
——迭代一次计算流量
由流量再求 H 0 2.59m，再求 Q 39.66m3 / s
Q=39.66m3/s
——迭代二次计算流量
小结、布置任务
小结：
1. 由水流现象分析确定计算公式
Q s mB 2gH0
3/2
2. 根据流量公式，借助表、经验公式能确定流量系数m、侧收缩系数ε 和淹没系数σs。
b b 1 4 1 B0 B0 P 3 0.2 1 H a0
1
3
边墩头部为圆形，B 0 b
1
3
a0 0.2 0.1 P1 H
4
b b 1 1 B0 B0
a0
3
0.2
P1 H
4
b b 1 b b
淹没系数ζs确定：
(1)淹没条件
hs 0.8 H0
(2)淹没系数σs确定
hs H0
淹没系数与hs/H0有关，查表求得。
0.80 1.00 0.84 0.97 0.81 0.995 0.85 0.96 0.82 0.990 0.86 0.95 0.83 0.98 0.87 0.93
ζs
hs H0
ζs
案例讲解： 1.水流现象分析：堰流
hs ht P2 2.63 0.5 2.13m
宽顶堰流计算公式
hs/H0
28+908-29+115
10.0
0
0.014
1.33
0.01
0.129
50.78
0.133
2.4201 1.825183 0.264796
孔数（个） 1 单宽b（m) 10 上游流速水头V0（m) 0.00 不计行进流速的堰上水头H（m) 1.00 计入行进流速的堰上水头H0（m) 1.00 流量系数m 0.39 流量（m3/s) 6.83 试算上游流速V0（m) 0.17 桩号 底宽（b) 边坡（m）
糙率（n）面积（s)
比降（i）水力半径（R）谢才系数（C） 水深（h) 流量（Q）流速v
hs/H0
28+908-29+115
10.0
0
0.014
31.88
0.01
1.947
79.82
3.188
355.08 11.13688 0.421121
孔数（个） 1 单宽b（m) 10 上游流速水头V0（m) 0.08 不计行进流速的堰上水头H（m) 8.00 计入行进流速的堰上水头H0（m) 8.08 流量系数m 0.39 流量（m3/s) 391.18 试算上游流速V0（m) 1.22 桩号 底宽（b) 边坡（m）
糙率（n）面积（s)
比降（i）水力半径（R）谢才系数（C） 水深（h) 流量（Q）流速v
hs/H0
28+908-29+115
10.0
0
0.014
25.21
0.01
1.676
77.85
2.521
254.1 10.07856 0.416222
孔数（个） 1 单宽b（m) 10 上游流速水头V0（m) 0.06 不计行进流速的堰上水头H（m) 6.50 计入行进流速的堰上水头H0（m) 6.56 流量系数m 0.39 流量（m3/s) 286.49 试算上游流速水头V0（m) 1.10 桩号 底宽（b)
宽顶堰流流量计算举例
n
3
宽顶堰流水力分析与计算
案例讲解：
hs ht P2 2.63 0.5 2.13m
1.水流现象分析：堰流
2.流量公式
Q smB
2g
H 3/2 0
3.流量系数m确定 m=0.505
H0
H
v02 2g
H=H1-P1=2.5m
迭代试算判断是否淹没，确定 淹没系数及流量。
4.侧收缩系数ε确定 ε=0.967
3.流量系数m确定 m=0.378
4.侧收缩系数ε确定
1
3
a0 0.2
P1
4
b B0
1
b B0
分别计算边孔、H中孔收缩系数，
然后加权平均计算侧收缩系数。
边墩头部为圆形，B0 b
1
3
a0 0.2
P1
4
b B0
1
b B0
1
3
a0 0.2
P1
4
b b
1
b
b
H
H
1
3
0.1 0.2 0.6
4.侧收缩系数ε确定
水力分析与计算
宽顶堰流水力分析与计算
侧收缩系数ε确定：
1
3
a0 0.2
P1
4
b B0
1
b B0
——单孔
H
1 n
n
2
2
——多孔
B0—上游引水渠宽度； α0—反映墩头形状对侧收缩影响 的系数；墩头为矩 形 α0 =0.19；墩头 为圆弧形， α0 =0.1 。
ε’、ε”分别为中孔、边孔侧收
堰流 ，且为宽顶堰流。
2.流量公式确定
Q smB
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。
宽顶堰流量计算公式(一)
宽顶堰流量计算公式(一)
宽顶堰流量计算公式
1. 简介
宽顶堰流量计算公式是用来计算水流通过宽顶堰时的流量的公式。
宽顶堰一般用于水利工程中，如水坝、闸门等。
2. 公式推导
宽顶堰流量计算公式的推导过程如下：
1.先根据流体力学的基本原理，可以得出宽顶堰的流量
公式为： [宽顶堰流量公式](
其中，Q是流量，C是流量系数，g是重力加速度，H 是水头高度，B是堰顶的宽度，θ是堰顶上的缺口角。
2.根据经验公式，可以计算流量系数C： [流量系数公
式](
其中，h是水深。
3.综合以上两个公式，就可以得到最终的宽顶堰流量计
算公式： [最终公式](
3. 示例解释
假设宽顶堰的水头高度H为10米，宽度B为5米，缺口角θ为30°，水深h为8米。
根据以上参数，可以使用宽顶堰流量计算公式计算流量Q如下：
Q = (2 / sqrt(1 - (2 * 10 / 8)^4)) * sqrt(2 * * 10) * (5 * 30)
计算得到的流量Q约为立方米/秒。
通过这个示例，我们可以看到宽顶堰流量计算公式可以在已知堰的几何参数和水头参数的情况下，准确地计算出流量大小。
以上就是关于宽顶堰流量计算公式的相关内容。
宽顶堰流的水力计算
宽顶堰流的火力估计之阳早格格创做如图所示，火流加进有底坎的堰顶后，火流正在笔直目标受到堰坎鸿沟的拘束，堰顶上的过火断里缩小，流速删大，势能转移为动能.共时堰坎前后爆收的局部火头益坏，也引导堰顶上势能减小.所以宽顶堰过堰火流的特性是进心处火里会爆收明隐跌降.从火力教瞅面瞅，过火断里的缩小，不妨是堰坎引起，也不妨是二侧横背拘束引起.当明渠火流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或者涵洞)的进心等修筑物时，由于进心段的过火断里正在仄里上中断，使过火断里减小，流速加大，部分势能转移为动能，也会产死火里跌降，那种震动局里称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的要领举止分解、估计.（一）流量系数宽顶堰的流量系数与决于堰的进心形状战堰的相对于下度，分歧的进心堰头形状，可按下列要领决定.1、进心堰头为直角(8-22)2、进心堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进心流量系数可根据及上游堰里倾角由表采用.正在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰下.当≥3时，由堰下引起的火流垂背中断已达到相称充分程度，故估计时将出有思量堰下变更的做用，按=3代进公式估计值.由公式不妨瞅出，宽顶堰的流量系数的变更范畴正在0.32～0.385之间，当=0时，=0.385，此时宽顶堰的流量系数值最大.比较一下真用堰战宽顶堰的流量系数，咱们不妨瞅到前者比后者大，也便是道真用堰有较大的过火本领.对于此，不妨那样去明白：真用堰顶火流是流线进与蜿蜒的慢变流，其断里上的动火压强小于按静火压强顺序估计的值，即堰顶火流的压强战势能较小，动能战流速较大，故过火本领较大；宽顶堰则果堰顶火流是流线近似仄止的渐变流，其断里动火压强近似按静火压强顺序分散，堰顶火流压强战势能较大，动能战流速较小，故过火本领较小.（二）侧中断系数宽顶堰的侧中断系数仍可按公式（8-21）估计.（三）淹出系数当堰下游火位降下到做用宽顶堰的溢流本领时，便成为淹出出流.考查标明：当≥0.8时，产死淹出出流.淹出系数可根据由表查出.无坎宽顶堰流正在估计流量时，仍可使用宽顶堰流的公式.但是正在估计中普遍出有单独思量侧背中断的做用，而是把它包罗正在流量系数中一并思量，即(8-24)式中为包罗侧中断做用正在内的流量系数.可根据进心翼墙形式及仄里中断程度查得.表中为引火渠的宽度，为闸孔宽度，为圆角半径.无坎宽顶堰流的淹出系数可近似由表查得：? 例：? 某进火闸，闸底坎为具备圆角进心的宽顶堰，堰顶下程为22.0m，渠底下程为21.0m.共10孔，每孔洁宽8m，闸墩头部为半圆形，边墩头部为流线形. 当闸门齐启，上游火位为25.50m，下游火位为23.20m，出有思量闸前止近流速的做用，供过闸流量.解：（1）推断下游是可淹出=0.34<0.8 为自由出流(2)供流量系数(3)供侧中断系数查表8-6得边墩形状系数=0.4，闸墩形状系数＝1-0.2[（10-1）0.45＋0.4]=108例8-11? 某进火闸，具备直角形的前沿闸坎，坎前河底下程为100.0m，河火位下程为107.0m，坎顶下程为103.0m.闸分二孔，闸墩头部为半圆形，边墩头部为圆角形.下游火位很矮，对于溢流无做用.引火渠及闸后渠讲均为矩形断里.宽度均为20m，供下鼓流量为200m3/s时所需闸孔宽度.解：（1）=107.0-103.0＝4m, ＝＝103.0-100.0＝3m总火头=+=4+(2) 按公式（8-22）供流量系数果值与闸孔宽度有闭，此时已知，收端假定则==查表得闸墩形状系数=0.45，边墩形状系数=1-0.2[(2-1)0.45+0.7]此值与本假定的值较交近，现用值＝此值与第一次成果已很交近，即用此值为末尾估计成果，故每孔洁宽==8.4m,本质工程中应试虑与闸门的尺寸为整数.。
宽顶堰流的水力计算演示教学
（一）淹没出流：
淹没出流流量公式为：
QnA 2gz0
z0
z
v20 2g
z 0 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
宽顶堰流的水力计算
堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。 工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H的比值大小及水 流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流： 即 0.67 。
H
2．实用堰：
即
0.67
2.5
。
H
3．宽顶堰流： 即 2.5 10。
H
堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。 堰流与闸孔出流也存在着许多共同点。首先，堰流和 闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑物壅高了上游水位， 在重力作用下形成的水流运动。其次，这两种水流都是在 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影响。 其出流过程的能量损失主要是局部损失。
深度为3.0m。孔前行进流速为0.8m/s，孔口处为完善收缩
的自由出流，求流量。
解：
d 0.20.060.1，为小孔A口d2 0.0314
H3
4
0.62,H0
Hv02 3.03 2g
Q A2g0 H 0.1m 53/s
二、恒定管嘴出流的计算 （一）自由出流：若在孔口上连接一段长为（3～4
）d 的短管（d为孔径）液体经短管而流出的现象。 1-1断面与收缩断面 c-c 断面能量方程
若
ht
堰流(非淹没宽顶堰 WES实用堰)钢闸坝泄流 闸孔出流 潜坝水力计算
计算
底坎形状 总净宽b(m)
直角和斜面 5
说明 输入数值 选择输入
2.746
单变量求解， 可变单元格
0.008 0.500
直角和斜面 8.000 0.6 #VALUE!
1.2+0.3)^(1/3)*0.2^(1/4)
0.063 0.200 8.000
0.3 0.1
0.933
#VALUE! #VALUE!
2.746/(80*(0.5+ 4))
0.5+0.008^2/(2* 9.81)
底坎形状
P1/H
4/0.5
r/H
0.3/0.5
流量系数m
4)计算侧收缩系数
b/B1
5/80
规范规定：当b/B1<0.2时 ,取b/B1=0.2.
P1/H0
4/0.5
规范规定：当P1/H0>0.3时，取P1/H0=0.3
闸墩形状影响系数K,矩形0.19，圆弧0.10
1.基础资料： 上游水深H(m) 底坎斜面坡度m 堰上游渠宽B(m)
非淹没宽顶堰泄流计算
0.5
堰顶P1(m)
4
2.5
低坎圆角半径 R(m)
0.3
80
闸墩形状
圆弧
2.计算上游水深H
1/s) 进口水头H0(m) 3)流量系数m
V=Q/(B*(H+P1)) H0=H+V^2/(2g)
试算
单变量求解， 目标值为0
单孔闸侧收缩系数
1 K
1 b / B1 4 b / B1 3 0.2 P 1 / H 0
1-0.1*(10.2)/(0.2+0.3)^(1/3)*0.2^(1/4)
宽顶堰自由出流公式(一)
宽顶堰自由出流公式(一)
宽顶堰自由出流公式
1. 简介
宽顶堰自由出流公式是水力学中用于描述宽顶堰断面水流自由出流特性的公式。
它是根据贝努利定理和流量连续性原理推导得出的，可以用于计算宽顶堰断面的流速、流量等参数。
2. 宽顶堰自由出流公式的计算公式
宽顶堰自由出流公式可以表示为以下的计算公式：
Q = C * B * H * sqrt(2g)
其中， - Q表示断面单位宽度的流量（m^3/s） - C表示流量系数，是根据实际情况经验确定的无量纲系数 - B表示宽顶堰的有效底宽（m） - H表示水深（m） - g表示重力加速度（m/s^2）
3. 宽顶堰自由出流公式的应用举例
下面是一个宽顶堰自由出流公式的应用举例：
假设宽顶堰的有效底宽B为10m，水深H为2m，重力加速度为/s^2，已知流量系数C为。
我们可以通过宽顶堰自由出流公式来计算流量Q。
将参数代入公式计算：
Q = * 10 * 2 * sqrt(2 * )
≈ m^3/s
因此，宽顶堰的流量为 m^3/s。
4. 总结
宽顶堰自由出流公式是一种常用的计算宽顶堰断面水流自由出流特性的公式。
通过该公式，可以方便地计算宽顶堰的流量等参数。
在实际工程中，根据具体情况选择合适的流量系数C值，可以更精确地计算出流量。
宽顶堰流的水力计算
宽顶堰流得水力计算如图所示，水流进入有底坎得堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界得约束，堰顶上得过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。
同时堰坎前后产生得局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。
所以宽顶堰过堰水流得特征就是进口处水面会发生明显跌落。
从水力学观点瞧，过水断面得缩小，可以就是堰坎引起，也可以就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)得进口等建筑物时，由于进口段得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，仍按宽顶堰流得方法进行分析、计算。
（一）流量系数宽顶堰得流量系数取决于堰得进口形状与堰得相对高度，不同得进口堰头形状，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，由堰高引起得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得影响，按=3代入公式计算值。
由公式可以瞧出，宽顶堰得流量系数得变化范围在0、32～0、385之间，当=0时，=0、385，此时宽顶堰得流量系数值最大。
比较一下实用堰与宽顶堰得流量系数，我们可以瞧到前者比后者大，也就就是说实用堰有较大得过水能力。
对此，可以这样来理解：实用堰顶水流就是流线向上弯曲得急变流，其断面上得动水压强小于按静水压强规律计算得值，即堰顶水流得压强与势能较小，动能与流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流就是流线近似平行得渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强与势能较大，动能与流速较小，故过水能力较小。
（二）侧收缩系数宽顶堰得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得溢流能力时，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。
第八章堰流及闸孔出流4
2
1 2e
H0
流速系数见第 九章表9－1
表8-12 平板闸门垂直收缩系数
cos c e R
e H 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
Байду номын сангаас
2 0.615 0.618 0.620 0.622 0.625 0.628 0.630 0.638 0.645 0.650 0.660 0.675 0.690 0.705
计算收缩断面水深 hc
计算共轭水深
hc''
h〔c 2
1 8Fr2c
1〕
与下游实际水深 ht 比较，
hc" ht 淹没出流
●淹没系数 s
潜流比 图8－27
二、实用堰型闸孔出流
水流特点： 过闸水流收缩充分，无收缩断面C-C，1-1为急变流断面。
能量方程
H
00
z
p
1v12
2g
hj
Q be 2gH
H
弧形闸门 (0.97 0.81 ) (0.56 0.81 ) e
180
180 H
cos c e
R
适用范围
25 90
0 e 0.65 H
3、淹没系数 s
●淹没条件： 形成淹没水跃
当下游水深 ht 大于收缩断面水深 hc 的共轭水深 hc 时，闸孔为淹没出流
●淹没出流判别：
一、宽顶堰型闸孔出流
1、水力计算基本公式
能量方程
H
0 0v02
2g
hc
0 cvc2
2g
hj
H0
hc
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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。
一、恒定流孔口出流 当容器中水面保持恒定不变， 通过孔口的水流则为恒定流。 根据孔口的直径与孔口水头的 比值将孔口分为小孔口 d 0.1
解（1）求孔口出流的流量 d 0.020.010.1，为小孔口
H2
孔口流量系数取0.62，作用水头为2m
则：
QA2g0 H 1.2L 2/s
（2）管嘴出流流量
取管嘴出流的流量系数为0.82，则
QnA2g0 H 1.6L 1/s
（3）管嘴处收缩断面真空高度
hv0.7H 501.5m2O H
8-3 闸孔出流的水力计算
H2 0v g02 pg a2 cg vcpg c0v 2cg 2
同样令
则 H0
H 0v02
2g
vc
2g(H0
pa pc)
g
其中
1
c 0
则通过管嘴的流量
QvcAc
vcAA
2g(H0
pc)
g
A 2g(H0hv)
在孔口面积相同的情况下，通过管嘴的流量比孔口要大 。管嘴的有效水头多了一项 hv ，此项恰为收缩断面上的 真空值。假设 hv 0.75H0 则：QnA 2gH0
实际工程中的水闸，闸底坎一般为宽顶堰或曲线型实
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：
损失系数为:
0
(1 Ac ) 1 A2
所以
hw
(
带1) v入c2
2g
H2 0vg02H12 cvgc2(1)v 2cg 2
z0z20vg02 HH120vg02
(b)
所以流量公式为: QA 2gz0
淹没出流中的流量系数,一般与自由出流的流量系数 相同。
例：有一直径d=20cm的圆形锐缘孔口，其中心在水下的
一般 n 取值为0.82，是圆孔流量系数的1.32QnA 2gz0
z0
z
v20 2g
z 0 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
Ac 。，的大小反映了水流的 收缩程A 度。 完全收缩和完善收缩的概念。
收缩系数与孔口形状、大小、位置及水头有关系。 完全收缩和完善收缩（充分收缩）的概念。 完全收缩：孔口四周都发生的收缩的叫完全收缩。
部分周边收缩就是不完全收缩。 完善收缩：当孔口边缘离液面、底面或容器壁面的 距离 都不小与孔口对应边长的三倍时，流线收缩完全，称为充 分收缩或完善收缩。否则，就是不完善收缩。 下面讨论恒定孔口自由出流的公式： （一）、恒定孔口自由出流
为孔口的收
缩系数。 为孔口出流的流量系数。
根据实验，小孔口的 0.64 ，0.0,6 0.9，7
0.6。2不同边界形式的孔口的流速系数 、收
缩系数 或流量系数 可参考有关手册。
（二）恒定孔口淹没出流
如果孔口在下游水面以下，则为孔口淹没出流，可以
写能量方程。
H0v02
2g
H12cvgc2
hw
其局中部水: hw头 损0 v2失cg2 可以看成是断面突然扩大的水流的能量损失
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；
堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。 工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H的比值大小及水 流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流： 即 0.67 。
H
2．实用堰：
即
0.67
2.5
。
H
3．宽顶堰流： 即 2.5 10。
H
堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。 堰流与闸孔出流也存在着许多共同点。首先，堰流和 闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑物壅高了上游水位， 在重力作用下形成的水流运动。其次，这两种水流都是在 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影响。 其出流过程的能量损失主要是局部损失。
对断面1-1：z1
H,
p1
0
对 c-c 断面
zc
Hc
0,
pc
0
列能量方程得
H0v02
2g
cvc2
2g
hw
令 ， hw
0
vc 2 2g
H0
H
0v02
2g
H：孔口水头。H0孔口全水头。
0v0 2g
2
：行近流速水头。
则 流量为
式中 vc
1
c0
2gH 0 2gH 0
为流速系数。
Q vcA cA 2g0 H A2g0 H式中
第八章 堰流及闸孔出流
8.1 概述 在容器壁上开孔,液体经过孔口泄流的水力现象,称为孔 口出流。若孔口上加设短管，而且壁厚或短管长度是孔口 尺寸的3~4倍，这段短管称为管嘴。经过管嘴的泄流，称 为管嘴出流。
水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝 等建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量。
水流受闸门控制而 从建筑物顶部与闸 门下缘间孔口流出 时，这种水流状态 叫做闸孔出流。 当顶部闸门完全开 启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时， 水流从建筑物顶部自由下泄，这种水流状态称为堰流。
深度为3.0m。孔前行进流速为0.8m/s，孔口处为完善收缩
的自由出流，求流量。
解：
d 0.20.060.1，为小孔A口d2 0.0314
H3
4
0.62,H0
Hv02 3.03 2g
Q A2g0 H 0.1m 53/s
二、恒定管嘴出流的计算 （一）自由出流：若在孔口上连接一段长为（3～4
）d 的短管（d为孔径）液体经短管而流出的现象。 1-1断面与收缩断面 c-c 断面能量方程