水力学堰流及闸孔出流2015

2.实用堰的水力计算
Q mB
2g
H
3/ 0
2
（1）流量系数确定
Hd (0.75 ~ 0.95)Hmax
H Hd m md 0.502
H Hd H Hd
m md m md
上 游 堰 面 铅 直 ， 堰 顶 上游 为 三 圆 弧 段 的WES剖 面 ，
当 a 3时，流量系数m与 H0 的关系曲线。
流量系数m
H =2
H =2～1
H =1～0.5
0.43-0.42 0.40-0.38 0.36-0.35
1.0
0
0.44
0.42
0.40
2.0
0
0.43
0.41
0.39
0
1
0.42
0.40
0.38
0
2
0.40
0.38
0.36
3
0
0.42
0.40
0.38
4
0
0.41
0.39
0.37
5
0
0.40
0.38
9.2 堰的分类
薄壁堰
ห้องสมุดไป่ตู้0.67H
实用堰：曲线型和折线型
0.67H 2.5H
宽顶堰
2.5H 10H
薄壁堰（Sharp-crested weir)
由于堰壁没有触及到水舌的下缘，其堰壁厚度对水流没有构成影响，这是 薄壁堰堰顶水流的特点。
0.67H
实用堰（Spillway)
堰顶水流沿着溢流面流动，堰顶厚度和形状 影响到水流，堰顶对水流产生阻力。
Q Bhc 2g(H0 hc )
能量最小的地方。堰顶为水平时 E=Es, Esmin 对应临界水深，因
Q Bhc
vc
2g(H0 hc )此堰顶水深h为hc.
vc2 2 2g(H0 hc )
vc2 2g
2(H0
hc )
临界流
vc2 hc 2g 2
则
hc 2 2 (H 0 hc ) 2 2
水头变化，量测精度高,适合Q <0.1 m3/s
Q 1.4H 5 2
梯形薄壁堰：
H 越大，水面B越宽，适合量测稍大的
流量，如Q >0.1 m3/s
Q 1.856 bH 3 2
9.5 实用堰的水力计算
1、曲线型实用堰的剖面形状
克里格尔- -奥菲采洛夫剖面，简称克- -奥剖面。
长研型剖面 WES(Waterw ays Experiment Station)剖面
侧收缩流：
当溢流宽度小（等）于上游渠道的宽度
水跃的三种形式
h '' c0
ht
远离水跃
h '' c0
ht
临界水跃
h '' c0
ht
淹没水跃
h '' c0
hc0 ht
hc0 hc0
h '' c0 ht
h '' c0 ht
•
堰流及闸孔出流
本章内容：
1、堰的分类 2、堰流的基本公式 3、不同堰型的水力计算
0.36
10
0
0.38
0.36
0.35
0
3
0.39
0.37
0.35
0
5
0.37
0.35
0.34
0
10
0.35
0.34
0.33
9.6 宽顶堰的水力计算
1 宽顶堰的流量公式 取1-1和2-2断面
Q mB
2g
H
3/ 0
2
Q Bh 2g(H0 h)
据巴赫米切夫最小能量假设，万
物在重力场的作用下，总要跌至
堰流及闸孔出流的水流特点：
闸孔出流—— 水面被断开而不连续 堰流 —— 水面连续变化的光滑曲面 共同点：
堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑壅高 了上游水位，在重力作用下形成的水流运动。出流过程 的能量损失主要是局部损失。
闸孔出流
堰流
3 淹没出流和自由出流（以堰流为例）：
堰淹没出流条件为：①下游水位超过堰顶 ②发生淹没水跃
b
b
(3)淹没系数
实用堰发生淹没出流的条件 （1）下游水位高于堰顶； （2）堰下游发生淹没水跃
淹没出流的条件
hs 0.15 及 a1 2.0
H0
H0
（二）折线型实用堰
a H
m 0.33 ~ 0.43
3～5
测收缩系数和淹没系数
近似按曲线型实用堰计算。 2～3
1～2
边坡系数
cotθ1 0.5
cotθ2 0.5
B B0
)
2
（2）计算淹没系数
判别淹没水跃的条件：
z a1
z ( a1
)c
Z 为上下游水位差，a1为下游堰高， H 为上游水头
z ( a1 )c
z 在曲线下方时为淹没水跃 a1
淹没系数： hs 为下游水位高于堰顶的数值
1.05(1 0.2
hs
)(
z
1
)3
a1 H
三角形薄壁堰（三角堰）： 水头水面宽很小时，流量的微小变化引起较大的
雷保克（ T.Rehbock) 公式
m0
0.4034 0.0534
H a
1
1610H
4.5
适用条件： H 0.025 m, H 2a, a 0.3m
薄壁堰有侧收缩时，将其影响并入
B0
流量系数中
B
巴辛公式
m0
0.405
0.0027 H
0.03
B0 B0
B
1
0.55( H H
)2 ( a
H
Hd
（2）侧收缩系数
1 0.2(n 1) 0
k
H0 nb
n 为溢流孔数 b 为每孔宽度
如果 H0 1 按 H0 1计算
b
b
为闸墩系数（查表
0
9.1）
为边墩系数（查表
k
9.2）
表9.1
为闸墩系数
0
n 为溢流孔数
b 为每孔宽度
为闸墩系数（查表
0
9.1）
为边墩系数（查表
k
9.2）
如果 H0 1 按 H0 1计算
第9章 堰流及闸孔出流
9.1 概述
1、堰流及闸孔出流
堰：顶部溢流的泄水建筑物称为堰
堰流：（outflow weirs of spilling） 经过堰的水流，没有受到闸门控制时是堰流。
闸孔出流：（outflow from sluice gate） 经过堰的水流受到闸门控制时就是闸孔出流，简称为孔流。
0.67H 2.5H
宽顶堰（Broad-crested weir)
宽顶堰的堰顶一般为水平面，堰顶水流在进口处有明显收缩，并在堰顶出现一 段近似水平的流段。
2.5H 10H
9.3 堰流的基本公式
以矩形薄壁堰自由出流为例
H
V02
V2
V2
2g 2g 2g
v 1
2gH0 2gH0
A BkH0 Q vA BkH0 2gH0 mB 2g H03/2
A BkH0 K为垂向收缩系数
Q vA BkH0
2gH0 mB
2
g
H
3/ 0
2
式中 m k
为流量系数
考虑侧收缩和淹没出流的堰流的基本公式
Q mB 2g H03/2
9.4 薄壁堰的水力计算
薄壁堰可分为：
矩形薄壁堰的流量计算：
将行进流速放在流量系数 内考虑
Q m0B
2gH 3/2
（1）计算流量系数
hc 1 2 2 H 0
若不计阻力，
1, h hc
2 3
H0
若考虑水流阻力，
1,
堰顶水深略小于2 3
H0
3.宽顶堰的淹没条件
Q mB