实用堰流
流体力学7-8堰流
2
2g
H c P 1 v0
v h
2
hc
c
hs hs
自由出流
一、自由式无侧收缩宽顶堰
进口不远处形成一收缩水深，此收缩水深小于堰顶断 面的临界水深，以后形成流线近似平行于堰顶的渐变流 (急流)，水面在堰尾第二次下降。 3 2 0
Q mb 2 g H
10
自由式无侧收缩的宽顶堰公式
Q mb 2 g H 0
2、水力学定义：
堰：在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的 障壁。 堰流：缓流经堰顶溢流的局部水流现象。堰顶溢流时， 由于堰对来流的约束，使堰前水面壅高，然后堰上水面 跌落，流过堰顶。
2
3、堰的工程应用：
水利工程：溢流堰是主要的泄水建筑物 给排水工程：常用的溢流集水设备和量水设备 实验室常用的流量量测设备
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
Q mb 2 g H
3．侧收缩的影响
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 。
实用堰水力计算
实用堰水力计算实用堰流的水力计算[日期:06/21/200620:09:00]来源:作者:[字体:[url=javascript:ContentSize(16)]大[/url][url=javascript:ContentSize(14)]中[/url][url=javascript:ContentSize(12)]小[/url]](一)实用堰的剖面形状实用堰是工程中既可挡水又可泄水的水工建筑物，根据修筑的材料，实用堰可分为两大类型:一是用当地材料修筑的中、低溢流堰，堰顶剖面常做成折线型，称为折线形实用堰。
一是用混凝土修筑的中、高溢流堰，堰顶制成适合水流情况的曲线形，称为曲线形实用堰。
曲线型实用堰又可分为真空和非真空两种剖面型式。
水流溢过堰面时，堰顶表面不出现真空现象的剖面，称为非真空剖面堰;反之，称为真空剖面堰。
真空剖面堰在溢流时，溢流水舌部分脱离堰面，脱离部分的空气不断地被水流带走，压强降低，从而造成真空。
由于真空现象的存在，堰面出现负压，势能减少，过堰水流的动能和流速增大，流量也相应增大，所以真空堰具有过水能力较大的优点。
但另一方面，堰面发生真空，使堰面可能受到正负压力的交替作用，造成水流不稳定。
当真空达到一定程度时，堰面还可能发生气蚀而遭到破坏。
所以，真空剖面堰一般较少使用。
一般曲线型实用堰的剖面系由以下几个部分组成:上游直线段，堰顶曲线段，下游直线段及反弧段，如图所示。
上游段常作成垂直的;下游直线段的坡度由堰的稳定和强度要求而定，一般取1:0.65~1:0.75;圆弧半径可根据下游堰高和设计水头由表查得。
当10m时，可采用=0.5;当9m时，近似用下式计算，式中为设计水头。
在工程设计中，一般选用=(0.75-0.95)(为相应于最高洪水位的堰顶水头)，这样可以保证在等于或小于的大部分水头时堰面不会出现真空。
当然水头大于时，堰面仍可能出现真空，但因这种水头出现的机会少，所以堰面出现暂时的、在允许范围内的真空值是可以的。
实用堰流的特点(精)
自由堰流 淹没堰流
hs 0.15
H
淹没条件：
H0
P2 2 H0
水力分析与计算
hs ht
实用堰流水力计算
2.实用堰流的分类
(3)按有无侧向收缩
无侧收缩堰流 b=B 有侧收缩堰流b≠B
有侧收缩堰流
水力分析与计算
无侧收缩堰流
实用堰流水力计算
曲线形 折线形
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。
水力分析与计算
实用堰流水力计算
2.实用堰流的分类
曲线实用堰
水力分析与计算
折线实用堰
实用堰流水力计算
2.实用堰流的分类
水力分析与计算
实用堰流水力计算
1.堰流的概念
（a）薄壁堰流
（b）折线型实用堰流
（c）曲线型实用堰流
（Hale Waihona Puke ）宽顶堰流水力分析与计算 图1 （a）、（b）、（c) 、 （d)堰流
实用堰流水力计算
2.实用堰流的分类
（1）按堰的外形及厚度不同，按δ/H分类，其能量损失及过水 能力也会不同
0.67<δ/H<2.5 实用堰流
3. 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：
Hd
(1) 过水能力大 (2) 堰面不出现过大的负压 (3) 经济、稳定
P1
B C m
O P2
D
A
α
E
水力分析与计算
实用堰流水力计算
实用堰流的系数确定.
为闸墩形态系数，与墩头形状、墩的平面位置有关以及淹没程度有
0
水力分析与计算
实用堰流水力计算
3. 实用堰侧收缩系数
侧收缩系数就是用来考虑边墩及闸墩对过水能力的影响。可由下面 经验公式计算：
H0 1 0.2 k (n 1) 0 nb
式中： n为堰孔数；
H0为堰顶全水头；
水力分析与计算
主持单位: 广东水利电力职业技术学院
黄河水利职业技术学院
参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 四川水利职业技术学院
山西水利职业技术学院
长江工程职业技术学院
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。
水力分析与计算
实用堰流水力计算
3. 实用堰侧收缩系数
侧收缩系数就是用来考虑边墩及闸墩对过水能力的影响。可由下面
经验公式计算：
式中：
H0 1 0.2 k (n 1) 0 nb
n为堰孔数； H0为堰顶全水头； k为边墩形状系数，与边墩几何形状有关，查图1确定； 关，查表1确定。
淹 没 系 数
侧 收 缩 系 数
流 堰 量 宽 系 数
堰 顶 全 水 头 计算过堰流量Q
1 1
s 1
水力计算类型
计算堰上水头H 设计堰宽b
水力分析与计算
实用堰流水力计算
2. 实用堰流量系数
实验研究表明，曲线型 实用堰的流量系数主要决 定于上游堰高与设计水头
WES堰 md=0.502
水力分析与计算
实用堰流的系数确定
主讲人： 刘红英 杨凌职业技术学院
2014.11
实用堰流水力计算
实用堰流的系数确定
水力学课件堰流及闸孔出流
e=0.5m e=1m e=1.5m e=2m
Q（m3/s）
23前进
水库放水时间的计算
水库是用来蓄洪水的，在洪水到达之前有时需将 水库中的水放掉，这就需要计算放水所需要的时间。
Q0
库水位不变时 Qeb 2gH
△H
库水位下降△H时 Qeb 2gH
H
Q
水库的水面面积， 随水库水位而变
依水量平衡： eb2g H tQ 0 t H
返回堰闸水流的判别hehe堰堰流闸孔出流075eh?075eh?065eh?065eh?返回堰流的分类堰的外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同堰高p1堰高p2堰顶厚度堰顶厚度堰顶厚度堰宽b堰顶水头hhh按h分类h067薄壁堰流067h25实用堰流25h10宽顶堰流曲线形折线形有坎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按有无侧向收缩无侧收缩堰流bb有侧收缩堰流bb返回堰流的基本公式应用能量方程式可推得32102sqmbgh???过堰流量过堰流量堰宽堰宽堰顶全水头堰顶全水头2002vhhg???hv0流量系数流量系数侧收缩系数侧收缩系数淹没系数淹没系数11??1s??水力计算类型计算过堰流量q计算堰上水头h设计堰宽b返回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常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具
所以为闸孔出流
（3）确定系数 由表8.9查得闸孔流量系数 0.667
（4）计算过闸孔流量
Q b e 2 g H 0 . 6 6 7 5 7 1 1 9 . 6 5 2 3 1 m 3 /s
所以该工况下，通过闸孔的流量为231m3/s。
水库调度图 水库放水时间计算
22前进
水库调度图
H
hs
梯形堰实用流量计算公式
标题：梯形堰实用流量计算公式说明：图12-10所给出的堰口形状为梯形的堰叫做梯形堰。
在流量计算时，可以认为经过梯形堰的液流流量是相应的矩形堰和三角形堰的流量之和，于是由式（12-3）和式（1 2-11）得上式中，若C1=C2=Ce，则：这是梯形堰的一般表达式，当tanθ=1/4时，可得下列公式：这种tanθ=1/4的梯形堰也叫做希普列蒂堰，希普列蒂（Ci ppoletti）给出了流量的近似计算公式：上式的适用条件为：D≥2.5h；p≥2h；b≥3h标题：矩形堰和全宽堰实用流量计算公式说明：堰口形状为矩形的堰叫做矩形堰，而宽度等于明渠宽度的矩形堰就是全宽堰，如图12-4所示。
1）矩形堰、全宽堰测流量的原理及流量计算一般式在短形堰、全宽堰的堰口曲线方程为代入式（12-8），沿高度方向积分得2）矩形堰a）金德斯瓦特卡特（Kindsvater-Carter）公式金德斯瓦特卡特于1959年发表的这个公式，是在式（12-10）的基础上对流体的表面张力和粘性的影响进行了修正，把流量系数和修正值用图给出。
式中，Ce是流量系数，是b/B和h/p的函数，式中，p是短形堰或全宽堰的下缘到堰底的距离；B是堰的宽度；b e是有效堰口宽度，be=b+k b，b是实际堰口宽度；k b是宽度修正值对应于堰宽的修正值，取表12-1中的值。
h e是堰的有效水头，h e=h+k h，h是实际测量的水头；k h是对水头的修正值，一般取O. OO1m。
公式的适用条件是C e的值可以查图12-5，或按下列公式计算上式的适用条件为3）全宽堰a）金德斯瓦特一卡特（Kindsvater-Carter）公式上式的适用条件为：SIA公式上式的适用条件为b）雷包克（Rehbock）公式上式的适用条件为：上式中的U a是明渠上游侧的平均液流速度，U a=qv/Aa，Aa是水头测量处明渠的通流面积。
因为U a是qv的函数，所以必须用逐步近似法计算。
上式的适用条件为：村石花地水电站压力管前段为铁管，后段为水泥涵管（外径为1.26米），内径均为1.10米。
018项目六堰流水力分析与计算
图 6-3
（6-6） 式（6-6）中 H—堰上水头，m； P1—上游堰高，m； B0—堰上游引水渠宽，m。 当0.5m≤B0≤1.2m；0.1m≤P1≤0.75m；0.07m≤H≤0.26m；且H≤B0/3时，流量测 量误差小于±1.4%。有时近似采用C0=1.4。 【案例6-1】：某渠道末端设有一矩形无侧收缩薄壁堰，用来量测流量，已知堰上水 头H=0.25m，堰高P1=P2=0.5m，堰顶过水净宽 B=1.2m，下游为自由出流，求通过薄壁堰 的流量。 【案例分析与计算】 ： 因无侧收缩且为自由出流，可先按式（6-4）计算流量系数 m0，然后用式（6-3）计
任务三
有坎宽顶流水力计算
1 有坎宽顶堰流水力现象及计算公式
1.1 有坎宽顶堰流水力现象 当堰顶水平且堰顶厚度与堰上水头满足 2.5H<δ≤10H 时，在进口处形成水面跌落， 堰顶范围内产生一段流线近似平行堰顶的渐变流动，这种堰流即为宽顶堰流。河（渠） 道上修建的水闸，工程中有拦沙等要求时，闸底板常做成有坎宽顶堰，当闸门全开时， 水流不受闸门的控制，属于有坎宽顶堰流，见图 6-4（a）、（b）。
状。无侧收缩、自由出流矩形薄壁堰的流量按式（6-1）计算。 应用薄壁堰量测流量时，为了便于根据直接测出的水头计算流量，常把行近流速的 影响包括在流量系数中，流量公式为
Q m0 B 2 g H
3/ 2
（6-3）
式（6-3）中：m0—包括行近流速水头的流量系数，可按下列经验公式计算：
4
m0
2 0.001 H 0 . 605 0 . 08 3 H P 1
3/ 2 Q Av1 kH 0bv1 k b 1 2 g H 0
令： m k 1 ，称为堰的流量系数， 则：
实用堰水力计算公式
实用堰水力计算公式游水位较低水流在流出堰顶时将产生第二次跌落4 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作用水头与H有关引入一修正系数k则机修正系数k取决于堰口的形状和过流断面的变化代入上式整理得式中堰宽流速系数流量系数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1①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已考虑流速影响的薄壁堰的流量系数的确定矩形薄壁8的流量系数由1898年法国工程师Basin提出经验公式为式中堰上水头m上游堰高 m适用条件2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设为处水头则由几何关系代入式得积分得当时实验得于是当时经验公式为式中以顶点为起点的堰上水头m流量⑵公式适用条件①薄壁堰水面四周均为大气必要时设通气管与大气相通②无侧向收缩的影响③堰流为自由出流⑶薄壁堰是测量渠道流量的装置注意①水面与大气相通②避免形成淹没式水流§8-4 实用堰一实用堰12 曲线形实用堰折线形实用堰3与实用堰的具体曲线类型有关也与堰上水头有关一般曲线型的实用堰可取折线型实用堰可取三实用堰所受影响1淹没式出流当堰下游水位超过堰顶标高时即淹没式出流公式设为淹没系数与淹没程度有关淹没式实用堰的流量公式为具体见P169 表8-12堰宽＜堰上游渠道过堰水流发生侧向收缩泄流能力减小用侧面收缩系数表示堰流流量为侧面收缩系数一般取值§8-5 宽顶堰一自由出流1 直角形按进口纵剖面的形式圆弧形阻力泄流能力不同流量系数不同斜角形2 流量系数取决于堰口的类型和相对堰高的经验公式和经验数据如下⑴矩形直角进口宽顶堰当时当时⑵矩形圆弧进口宽顶堰当时二淹没式出流下游水位高于堰顶且使堰顶水流由急流变缓流1特点①过堰水流水位＜下游水位②水流由急流→缓流充分条件③堰过水能力下降2淹没式堰流的充分条件是3计算公式淹没系数取值范围见P171 表8-2三侧向收缩的影响1 A流道断面面积变化水流在惯性的作用下流线发生弯曲产生附加的局部阻力造成过流能力降低其影响用收缩系数表示2自由出流收缩系数与堰宽和渠道的比值边墩的进口形状及进口断面变化有关的经验公式为墩形系数矩形边缘圆形边缘例8-1 见P171§8-6 小桥孔径的水力计算一①具有侧向影响造成局部阻力②桥孔前水位整齐桥孔内流速增加造成第一次水面跌落③桥孔后流速减小产生局部阻力造成第二次水面跌落2水流在缓流河道中由于桥墩或桥的边墩侧向收缩使水流过水断面减小造成的3分类自由出流淹没出流二自由出流12一般桥的下游水深桥下渠道的临界水深桥下水深对于矩形桥进口断面把代入上式得3列1-12-2能量方程式中令垂直收缩系数具体数据由小桥进口形状而定平滑进口非平滑进口流速小桥考虑侧向收缩侧向收缩系数小桥孔径流速系数与侧面收缩系数数据见P174 表8-3三淹没出流1淹没出流当小桥下游水深时下游水位将影响桥的过水能力此流动成为淹没出流2特点①下游②小桥水面上只发生一次跌水3计算公式例8-2 见0174堰流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与其他特征量的关系表示堰流特征量除流量外尚有堰宽即水流漫过堰顶宽度堰顶水深即堰上游水位在堰顶上的最大超高堰壁厚度和它的剖面形状下游水深及下游水位高出底坎的高度为堰高为堰下游坎高0为趋近流速如图[堰流]所示堰的分类根据堰壁的相对厚度的大小分为薄壁堰 067 实用断面堰 067 25 和宽顶堰 25 10 按上游渠宽对过堰水流的收缩作用分为上游渠宽大于堰宽的有侧收缩堰＝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 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＞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[0648-01]或 [0648-02]式中＝＋2为堰流流量系数与堰的进口尺寸和／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为计及趋近流速水头2[kg2]的流量系数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＝1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[kg1]与的关系当为自由堰流时＝1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[0648-03]堰口为直角三角形的流量公式为＝14适用范围为≥2≥ 3～4实用断面堰主要作为蓄水挡水构筑物的溢流坝和净水构筑物的溢流设备用途较广形式多样低溢流堰的堰身断面常为折线形而用混凝土修筑的中高溢流堰的堰身则做成适合水流情况的曲线形流量系数根据堰顶剖面外形而采取不同值沿用较广的克-奥曲线型剖面适用于≥3～5的高堰流量系数＝049美国WES标准剖面其设计水头的流量系数＝0502实验流量计算也要考虑上游收缩和下游淹没条件宽顶堰在工程中是很常见的如小桥涵过水构筑物当闸门全开时的节制闸分洪闸等均是当满足＝－＜08时为自由式宽顶堰无侧收缩自由式宽顶堰的流量系数为[kg1]的经验函数关系直角进口 3时＝032 3时＝032001[684-01]。
7.堰 流
H
堰的分类
• 以堰顶的宽度δ与堰上水头H 的比值分类： • 薄壁堰 / H 0.67
• 实用堰
• 宽顶堰
0.67 / H 2.5
2.5 / H 10
• 当δ/H>10时,为明渠流
其它分类
• 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。
实用堰
• 定义: 0.67 / H 2.5 • • 实用堰是水利工程中用来挡水同时又能泄流的构 筑物 • 分类:曲线型实用堰和折线型实用堰
（a）曲线型；（b）折线型
实用堰
• 折线型——部分小型堰或临时性堰经常采 用 • 计算公式：与薄壁堰相同 • 流量系数：曲线形 mo=0.45 • 折线形 mo=0.42
基本方程
重点P183公式 以宽顶堰为例 • 流量公式 其中m—流量系数； k—收缩系数
Q mb 2 g H 0 2
3
m k 1 k
hco kH0
薄壁堰
• 定义：
/ H 0.67
• 分类：按堰口形状的不同，分为矩形堰、三 角形堰、梯形堰、比例堰等。三角形堰常用 于较小的流量，矩形和梯形堰常用于量测较 大的流量。 • 计算公式：
Q 1.4H
5/ 2
θ=900，H=0.25—0.55m
Q 1.343H
2.47
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10章 堰流
v H 0 = H + α 0 0 为包括行近流速水头的堰上水头, 为包括行近流速水头的堰上水头, 现设 2g
2
是修正系数， 又令 hc 0 = kH 0 ，k 是修正系数，它取决于堰口的形 状和过流断面的变化， 状和过流断面的变化， a 与 a0 为相应断面的动能修正系数 ζ 是局部阻力系数
1 vc = 1− k 2gH0 = ϕ 1− k 2gH0 α +ζ
宽顶堰进口情况
矩形直角进口宽顶堰
p 0 ≤ ≤ 3.0 H
p >3 H
矩形修圆进口宽顶堰
m = 0.32 + 0.01
p 3− H p 0.46 + 0.75 H
m = 0.32
p 0≤ ≤ 3 .0 H
p > 3.0 H
p 3− H m = 0.36+ 0.01 p 1.2 +1.5 H m = 0.36
hs =h−p′ >0
宽顶堰溢流淹没
形成淹没堰流溢流的充分条件： 形成淹没堰流溢流的充分条件：
hs = h − p ′ > 0.8 H 0
淹没宽顶堰出流的溢流量： 淹没宽顶堰出流的溢流量：
Q = σ s mb 2 g H 0
式中， 式中，
3
2
σs
为淹没系数， 为淹没系数，随淹没程度
hs H 0 的增大而减小
二、堰的分类
1. 薄壁堰
δ < 0.67 H
堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯。当水舌回 堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯。 落到堰顶高程时，距上游壁面约0.67H；当堰顶厚δ<0.67H时， 落到堰顶高程时，距上游壁面约0.67H 当堰顶厚δ<0.67H时 水舌不受堰宽的影响，堰和过堰水流就 水舌不受堰宽的影响， 只有一条边线接触，堰顶厚度对水流无 只有一条边线接触， 影响，故称为簿壁堰。 影响，故称为簿壁堰。薄壁堰主要用作 测量流量的设备。 测量流量的设备。
水闸低实用堰水力计算
1.033086747 1.101959197 1.115733687 1.121243483
1628.967 1629.398 1629.484 堰顶高H堰= 1625
HO/Hd=1，m=0.502；P/Hd＜1.33，m=0.502*c，c为修正系数）
体见《水力计算手册》P137）
算手册》P135）
Q 9.849474654 19.08970345 27.7206864 35.74242349 43.15491472 53.13131559 62.77784159
384.1004035 443.132692 455.2728975 460.1595217
856.582906 4.499833357 963.642378 4.647407907 985.572575 4.676364 994.392191 4.687896358
ES实 用 堰 流
H校=
上游堰高P=
行近水头h 0.427009189 0.482107149 0.537205108 0.606077558 0.688724498 0.730047968 0.826469398 0.888454602 0.924268276
上游水位 1625.173 1625.518 1625.863 1626.294 1626.811 1627.07 1627.674 1628.062 1628.286
流速V 2.892988092 3.073971391 3.24487598 3.446609949 3.674098551 3.782715978 4.02477331 4.172973785 4.256249313
7.5 8 8.1 8.14
472.4825025 520.5096856 530.2996776 534.2326689
第八章-堰流-闸孔出流.讲义
三角形薄壁堰流量公式：
QC0H5/2
•当堰口夹角 900 时，
C 01.35 0 4 .H 00 4 0.1 40.P 2 1 H B0.0 9 2
或 C0 1.4
•当堰口夹角 900 时，
C 0 2 .3t6 g 2 1 0 .5 5 0 .0 31 tg 2 9 c 5 t2 g 0 .0 00 .0 5 H 0 1 0
0.5 1.0 2.0 0 0
ctg1
34 5
10
000
堰下游坡度
ctg2 0.5 0 0 1 2
0 0 0 0 3 5 10
/ H 0.4
流 量
～ =0.4 ～1 0.38
0.42 0.41 0.4
0.38 0.4
0.39 0.38 0.36 0.37 0.35 0.34
系 / H 0.36
数
淹没出流 Qmb2gH0 3/2
淹没系数
若堰顶的过流宽小于上游河宽，此时的堰流出现 有侧收缩，反之，为无侧收缩。
有侧收缩 Q1mb2gH0 3/2
1 侧收缩系数
17
（1）自由出流
hs
H
ht P2
堰下游水位较低（ hs(0.7 50.8)5 H 0），堰的过 流能力不受影响。
18
H
C
hs
ht
自由出流特点：两次降落，一次微升；收缩断面 后的堰顶水流为急流。
6
堰流、闸孔出流共同点 1、水流或多或少受到水闸或溢流坝等建筑物的 约束，从而壅高上游水位。 2、过堰、过闸水流属于明渠急变流。 ３、水头损失主要是局部水头损失。
7
堰、堰流的参数 0
H
V0
P1
P2
第九章堰流与闸孔出流
第九章 堰流与闸孔出流9.1堰流的类型有哪些？它们有哪些特点？答：堰流分作薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流三种类型。
薄壁堰流的特点：当水流趋向堰壁时，堰顶下泄的水流形如舌状，不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与堰顶只有线接触，水面呈单一的降落曲线。
实用堰流的特点：由于堰顶加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受到堰顶的约束和顶托，越过堰顶的水流主要还是在重力作用下自由跌落。
宽顶堰流的特点：堰顶厚度对水流的顶托作用已经非常明显。
进入堰顶的水流，受到堰顶垂直方向的约束，过流断面逐渐减小，流速增大，在进口处形成水面跌落。
此后，由于堰顶对水流的顶托作用，有一段水面与堰顶几乎平行。
9.2堰流计算的基本公式及适用条件？影响流量系数的主要因素有哪些？答：堰流计算的基本公式为23s H g 2mb Q εσ=，适用于矩形薄壁堰流、实用堰流和宽顶堰流。
影响流量系数m 的主要因素有局部水头损失、堰顶水流垂向收缩的程度、堰顶断面的平均测压管水头与堰上总水头之间的比例关系。
9.3 用矩形薄壁堰测量过堰流量，如何保证较高的测量精度？ 答：（1）上游渠宽与堰宽相同，下游水位低于堰顶；（2）堰顶水头不宜过小，一般应使H>2.5m ，否则溢流水舌受表面张力作用，使得出流不稳定；（3）水舌下面的空气应与大气相通，否则溢流水舌把空气带走，压强降低，水舌下面形成局部真空，会导致出流不稳。
9.4 基本的衔接与消能措施有哪几种？各自的特点是什么？ 答：基本的衔接与消能措施有底流消能，挑流消能，面流消能。
底流消能：底流消能就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃的发生位置，通过水跃产生的表面旋滚的强烈紊动以达到消能的目的。
挑流消能：在泄水建筑物末端设置挑流坎，因势利导将水股挑射入空气中，使水流扩散并与空气摩擦，消耗部分动能，然后当水股落入水中时，又在下游水垫中冲击、扩散，进一步消耗能量。
面流消能：当下游水深较大而且比较稳定时，可将下泄的高速水流导向下游水流的表层，主流与河床之间被巨大的底部旋滚隔开，可避免高速水流对河床的冲刷。
实用堰流流量计算举例.
主持单位: 广东水利电力职业技术学院 黄河水利职业技术学院 参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 长江工程职业技术学院
薄壁堰流
水力分析与计算
0.67 / H 2.5
实用堰流
2.5 / H 10
宽顶堰流
实用堰流水力分析与计算
任务：
1.水流现象分析 2.过流能力计算
案例：
某溢流堰为WES剖面的曲线型实用堰，边墩头部为半圆形，闸墩 墩头型式采用圆弧型，共3孔，每孔净宽b=14m，堰与非溢流的混凝土 坝相接，堰高P1=P2=12m，下游水深ht=13m，设计水头Hd=3.11m。 试求闸门全开堰前水头H=3.36m时通过溢流堰的流量Q 。
水力分析与计算
实用堰流水力分析与计算
案例分析： 1.水流现象分析： 堰流 2.流量公式确定
H
相对开启高度 e/H e
Q s mB 2gH03/2
式中 B —堰顶过水净宽； H0—包括流速水头在内的堰前总水头，H0 H v02 / 2g ； m—堰的流量系数； σs—考虑下游水位对泄流影响的系数，称淹没系数，σs ≤ 1； ε —侧收缩系数，ε ≤1。
Q s mB 2gH0
3/2
3.流量系数m确定 4.侧收缩系数ε确定
水力分析与计算
(2)淹没系数确定 淹没系数与hs/H0、 P2/H0有关， 查图求得。
实用堰流水力分析与计算
淹没系数σs确定
淹没系数与hs/H0、 P2/H0有关，查 图求得。
水力分析与计算
实用堰流水力分析与计算
案例讲解： 1.水流现象分析
水力分析与计算
闸孔出流
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。
堰闸流量计算
实用堰（淹没出流）1、发生的条件：0.67＜δ/H＜2.5δ：堰顶宽度H：水头高度2、发生淹没出流的条件：（1）下游水位超过堰顶（2）下游发生淹没水跃：Z/a1＜(Z/a1)k式中：Z为堰的上下游水头差，a1为下游堰高，(Z/a1)K为z/a1的临界值，可按比值H/a1由图查得。
实用堰淹没出流的计算：公式：Q=ζεmB（2g）1/2H3/2式中：ζ：淹没系数可根据hs/H查表ε：侧收缩系数ε=1-0.2[(n-1)ξ0+ξk]H/nbξ0：闸墩系数根据hs/H值查表水力学郭卫东版338页ξk：边墩系数直角形系数1.00、斜角形0.70、圆弧形0.70n：溢流孔宽度b：每孔宽度m：流量系数，梯形实用堰根据a/H，δ/H以及上下游堰面的倾斜角查表，（水力学郭卫东版338页）曲线形实用堰流量系数根据H0/H d查图（水力学郭卫东版337页）闸孔泄流量计算如在堰上设上闸门，这时通过闸的水流状态称为闸孔出流。
孔流和堰流在一定条件下可以互相转化，在计算泄流量时，需要判断是孔流还是堰流。
闸底坎为平顶时，可用闸门开启高度e与闸前水深H的比值来判断；若e/H≤0.65 时为闸孔出流；若e/H＞0.65 时为堰流。
自由出流和淹没出流的判断水从闸孔泄出后，可能出现两种水量状态，若水跃的表面旋滚不盖住收缩断面的称自由出流；若水跃的表面旋滚盖住收缩断面的称淹没出流，见下图。
（水跃是当水流从急流过度到缓流所发生的一种突然跃起的局部现象）收缩断面自由出流式中： Q-----过坝流量（m 3/s) b ----泄流闸净宽 H 0---计入行进流速的堰闸前水深(m)e -----闸门开启高度 μ0----自由出流的流量系数淹没出流002gH be Q s μδ=式中：δs------淹没系数00.600.18e H μ=-。
流体力学第七章堰流
§7-1 堰流的定义及类型
水流受到堰体的阻挡，或者受两侧墙体 的约束影响，在堰体上游产生壅水，水流经 堰体下泄，这一局部水流现象称为堰流。
堰流的能量损失主要是局部水头损失， 沿程水头损失可忽略不计。
➢ 堰流的类型
薄壁堰δ/H ＜0.67 实用堰0.67＜δ/H＜2.5 宽顶堰 2.5＜δ/H ＜10
2.5＜δ/H≤10时，进口处形成水面跌落，堰 顶范围内产生一段近似平行于堰顶的渐变流动， 称宽顶堰流。
➢ 有坎宽顶堰流 底坎引起水流在垂直方向收缩。
➢ 无坎宽顶侧向收缩，堰流 由于进口水面跌落，产生宽顶堰。例如，当水
流进入涵洞或隧洞进口流，施工围堰束窄的河床， 经过桥墩之间的水流。
（1）有坎宽顶堰流的水力计算 有坎宽顶堰出流会产生垂直、侧向收
实用堰主要用作蓄水又能泄水的挡水建筑物— —坝 ，其剖面可设计成曲线或折线两类。
真空堰：堰顶曲线低于无侧收缩矩形薄壁堰水 舌下缘曲线，水舌脱离堰面。流速大，流量也大， 但如果真空值过大，会使堰面产生空蚀破坏。
非真空堰：堰顶曲线接近或稍高于无侧收缩矩 形薄壁堰水舌下缘曲线。堰顶曲线高出无侧收缩 矩形薄壁堰水舌下缘曲线越多，流速越小，对溢 流越不利。
过流能力影响越大。
• P2 /H0 （P2下游堰高）
当下游河床较高，P2/H0 较小时，即使
下游水位低于堰顶，过堰水流也会受下游河
床影响，产生类似的淹没效果，降低
过流能力。
当hs/H0 ≤0.15且P2/H0≥时，自由出流 ； 当hs /H0＞0.15或P2/H0 ≤ 2时，淹没出流 。
三、宽顶堰的水力计算
Q bh1 2g(H0 h1 )
h1——桥下水流断面深度；
——流速系数；