堰流和闸孔出流

• 上式的适用条件为b〉3H
19
第五节 实用堰
• 曲线形和折线形两大类，其流量公式均为 堰流的普遍公式即
• 一、曲线型剖面实用堰 • （一）剖面形状 • 主要介绍WES剖面
20
21
• (二)系数的确定 • 1.流量系数 • 当水头H等于设计水头Hd时的流量系数称为设 计流量系数md，即H= Hd时，m= md。各种定型 的曲线型堰，其形状略有差异，因此它们的 流量系数也略有不同。三元弧段WES型的在初 步计算时，取md=0.502。 • H>Hd时， m>md • H<Hd时， m<md
7
第三节 堰流的基本公式
• 堰流的基本公式是指矩形薄壁堰、实用堰 和宽顶堰均适用的普遍流量公式。
8
• 在堰上游（3-4）H处取渐变流断面1。过基准 面与水舌中线的交点取过水断面2。对1、2列 能量方程：
• 式中z1+p1/pg=H,a1=a0；v1=v0，v0为行进流 速；以上代入能量方程得：
9
第十章 堰流和闸孔出流
第一节 概述 在水力学中，把顶部溢流的水工建筑物 称为堰。溢流坝和水闸坎肩就是堰。流经 堰的水流，当没有受到闸门控制时就是堰 流；当受到闸门控制时就是闸孔出流，简 称孔流。 堰流和闸孔出流分为自由出流和淹没出流。
1
第二节 堰的分类
• 按堰壁厚度与水头的相对大小，即按堰的 水力特性，将堰分为薄壁堰、实用堰、宽 顶堰三类。
22
• 流量系数一般通过经验公式或图表求得。 • P14是上游堰面铅直堰顶上游为三圆弧段的 WES剖面，当a/H>=3时，流量系数m与 H0/Hd的关系曲线。 • 2.侧收缩系数 • 主要通过经验公式计算。他们均需反映出闸 墩与边墩的平面形状、溢流的孔数、堰上水 头、溢流宽度等因素的影响。 • 常用的经验公式为：
2
3
一、薄壁堰
• 当水流趋向薄壁堰流时，堰顶下泄的水 流形如舌状。当堰壁的厚度较小，堰壁没 有触及到水舌的下缘，其厚度对水舌形状 没有影响时，这种堰称为薄壁堰或锐缘堰。 根据实验，堰顶至水舌下缘之间的水平距 离约为0.67H，故在设计中，把厚度小于 0.67H的堰称为薄壁堰。
4
二、实用堰
• 当堰壁厚度影响到水舌形状，水流即受 到堰顶的阻力。把厚度处于0.67H到2.5H之 间的堰称为实用堰。为了减小水流阻力， 某些大型的溢流坝，其剖面形状常做成曲 线形，使堰形状尽量与水舌相吻合，以减 少阻力，称为曲线形实用堰。
26
第六节 宽顶堰
• 一、宽顶堰的流量公式
• 以堰顶为基准面，列1.2的能量方程
27
• 化简为
• 由此解得
• 式中
为流速系数。
28
• 过水面积A=Bh，得宽顶堰的流量公式为
• 合并系数，又因为流速水头可以忽略不计， H-h=z，上式可写为
• 上两式是宽顶堰自由出流的公式，在淹没出 流的情况下，同时要考虑淹没系数。
• 适用条件0.2m<a<1.13m,B<2m,0.1m<H<1.24m
14
• 雷保克公式
• • • •
适用条件0.15m<a<1.22m,H<4a。 在应用以上各式时，水舌下面为大气压强。 二、淹没系数 当下游水位影响堰的泄流量时为淹没出流。
15
• • • •
薄壁堰发生淹没出流的条件是： 1 下游水位高于堰顶 2 堰下游发生淹没水跃 根据实验发生淹没水跃的经验关系是
23
• 式中n为溢流孔数，b为每孔宽度， 为边墩 系数，另一个为闸墩系数。二者的值各按闸 墩和边墩的平面形状查表。
24
• • • • •
3.淹没系数 发生条件： -下游水位高于堰顶 -堰下游发生淹没水跃 可查P17图10.10
25Байду номын сангаас
• 二、折线型实用堰 • 小型溢流坝为了取材和施工方便，常采用折 线型，其流量系数见下表，收缩系数和淹没 系数近似按曲线型实用堰计算。
• 整理得
• 式中 称为流速系数。由于动能校正系 数和局部水头损失系数之和总是大于1，故流 速系数小于1。
10
• 设断面2的水舌厚度位kH0，k为与水舌垂向收 缩情况有关的系数，而溢流宽度为B，则过水 断面2的面积A=kH0B。通过堰流的流量为
•令 •则
，称为流量系数
11
• 以上推导没考虑下游水位的淹没影响及侧收 缩的影响。由于这两种影响均使过堰流量减 少，所以如若要把这两种影响也反映到公式 中来，那就要再乘以淹没系数及侧向收缩系 数。于是上式变为：
5
三、宽顶堰
• 当堰壁厚度大于2.5H后，堰顶厚度对水 流的影响使水流在堰口附近的堰顶上有收 缩现象。当堰壁厚度大于4H后，在收缩断 面后还可以在堰上出现近似水平的流段。 当厚度大于10H以后，堰顶的沿程水头损失 已不能忽略不计，需按明渠理论计算。
6
• •
以上分类是从水力学角度进行分类。 此外，对每一种堰，除了可以分为自 由出流和淹没出流外，又可以分为有侧收缩 堰和无侧收缩堰。并按堰顶曲线在平面上的 位置分为正堰、斜堰和侧堰。
• 上式中临界值与H/a1的关系查P9图10.5。
16
• 矩形薄壁堰淹没出流的流量公式为
• 式中为淹没系数，可以用以下经验公式计算
• 式中hs为下游水位高于堰顶的数值。
17
• 二、三角形薄壁堰 • 运用公式
• 汤姆森试验得角度为90度时，C的近似值为 1.4，即
18
• 三、梯形薄壁堰 • 当tga=1/4，在自由出流的情况下，西坡列梯 的经验公式为
• 各系数通过查表或经验公式求得。
12
第四节 薄壁堰
• 薄壁堰的堰口有矩形、三角形、梯形等， 分别称为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰、梯 形薄壁堰。见P6 • 一、矩形薄壁堰 • （一）流量系数 • 为简便计算，将公式中的H0用H代替，而且 把流速水头的影响并入流量系数中考虑， 于是公式变为
13
• 式中m0是包括行进流速在内的流量系数，也称为流 量系数。 • 矩形薄壁堰的流量系数m0在自由出流和无侧收缩的 情况下可以按下述公式计算。 • 巴辛公式
29
• • • •
二、流量系数及侧收缩系数 1 流量系数 别列辛斯基的经验公式 直角形进口
• 圆弧形进口
30
• 三、淹没系数 • 宽顶堰的淹没条件
• 淹没系数近似查下表
31
第七节
闸孔出流
• 由于闸 底坎可以是宽顶堰也可以是实用堰， 而闸门的形式可以是平民闸门也可以是弧 形闸门等，因此，虽然孔流（孔口出流和 闸空出流） 的基本原理是一致，但闸孔德 流量系数除了与上、 下游水位有关系外， 还取决于底坎（堰顶）与闸门的形式和尺 寸，因而更加复杂而多变。本节阐述的各 种系数具有一定的局限性，实际应用时可 参考有关资料。