流體力學(xué)第七章堰流課堂課資

1、1章節(jié)內(nèi)容7-1 7-1 堰流的定義及類(lèi)型堰流的定義及類(lèi)型 水流受到堰體的阻擋，或者受兩側(cè)墻體水流受到堰體的阻擋，或者受兩側(cè)墻體的約束影響，在堰體上游產(chǎn)生壅水，水流經(jīng)的約束影響，在堰體上游產(chǎn)生壅水，水流經(jīng)堰體下泄，這一局部水流現(xiàn)象稱(chēng)為堰體下泄，這一局部水流現(xiàn)象稱(chēng)為堰流堰流。 堰流的能量損失主要是局部水頭損失，堰流的能量損失主要是局部水頭損失，沿程水頭損失可忽略不計(jì)。沿程水頭損失可忽略不計(jì)。2章節(jié)內(nèi)容 堰流的類(lèi)型堰流的類(lèi)型 薄壁堰薄壁堰/ /h h 0.67 0.67 實(shí)用堰實(shí)用堰0.670.67/ /h h2.52.5寬頂堰寬頂堰 2.52.5/ /h h 10 10 3章節(jié)內(nèi)容7-2 7-2

2、 堰流的水力計(jì)算堰流的水力計(jì)算 對(duì)堰前斷面及堰頂斷面列能量方程式：對(duì)堰前斷面及堰頂斷面列能量方程式：gvgvhgvh222212111200 012000 ,2hhgvhh )1(21011 ghv4章節(jié)內(nèi)容23000112)1()1(21hgbkbkhghavq ，堰堰流流的的流流量量系系數(shù)數(shù)其其中中)1( km2302 hgmbq 5章節(jié)內(nèi)容 一、薄壁堰的水力計(jì)算一、薄壁堰的水力計(jì)算1 1、矩形薄壁堰、矩形薄壁堰2/302 hgbmq （行近流速水頭計(jì)入流量系數(shù)）（行近流速水頭計(jì)入流量系數(shù)）phhm053. 00007. 0403. 00 適用范圍適用范圍 ：h h0.025m0.025m

3、，h/p2h/p2，p p0.3m0.3mrehbockrehbock公式：公式： 6章節(jié)內(nèi)容 2055. 010027. 0405. 0phhhm適用范圍：適用范圍：h=0.05h=0.051.24m1.24m，b=b= 0.20.22m2m，p=0.25p=0.251.13m1.13mbazinbazin公式：公式： 7章節(jié)內(nèi)容2 2、三角形薄壁堰、三角形薄壁堰 在在h h0.05m0.05m，q q0.1m0.1m3 3/s/s時(shí)，宜采用三角時(shí)，宜采用三角形薄壁堰作為量水堰形薄壁堰作為量水堰 。 8章節(jié)內(nèi)容5 . 247. 1hq 適用范圍：適用范圍：=90=90,h=0.05,h=0.

4、050.25m0.25mthompsonthompson公式公式： 47. 2343. 1hq 適用范圍：適用范圍：=90=90,h=0.25,h=0.250.55m0.55m金格公式金格公式： 9章節(jié)內(nèi)容5 . 2chq 適用范圍：適用范圍：0.5mb1.2m0.5mb1.2m， 0.1mp0.75m0.1mp0.75m， 0.07mh0.26m 0.07mh0.26m ，且，且 hb/3 hb/3沼知沼知- -黑川黑川- -淵澤公式淵澤公式： 209. 02 . 014. 0004. 0354. 1 bhphc10章節(jié)內(nèi)容 二、實(shí)用堰的水力計(jì)算二、實(shí)用堰的水力計(jì)算 實(shí)用堰主要用作蓄水又能泄

5、水的擋水建筑物實(shí)用堰主要用作蓄水又能泄水的擋水建筑物壩壩 ，其剖面可設(shè)計(jì)成曲線或折線兩類(lèi)。，其剖面可設(shè)計(jì)成曲線或折線兩類(lèi)。 11章節(jié)內(nèi)容 真空堰：真空堰：堰頂曲線堰頂曲線低于低于無(wú)側(cè)收縮矩形薄壁堰水無(wú)側(cè)收縮矩形薄壁堰水舌下緣曲線，水舌脫離堰面。流速大，流量也大，舌下緣曲線，水舌脫離堰面。流速大，流量也大，但如果真空值過(guò)大，會(huì)使堰面產(chǎn)生空蝕破壞。但如果真空值過(guò)大，會(huì)使堰面產(chǎn)生空蝕破壞。 非真空堰：非真空堰：堰頂曲線堰頂曲線接近或稍高于接近或稍高于無(wú)側(cè)收縮矩?zé)o側(cè)收縮矩形薄壁堰水舌下緣曲線。堰頂曲線高出無(wú)側(cè)收縮形薄壁堰水舌下緣曲線。堰頂曲線高出無(wú)側(cè)收縮矩形薄壁堰水舌下緣曲線越多，流速越小，對(duì)溢矩形薄

6、壁堰水舌下緣曲線越多，流速越小，對(duì)溢流越不利。流越不利。12章節(jié)內(nèi)容1.1.曲線型實(shí)用堰的剖面形狀曲線型實(shí)用堰的剖面形狀ehdp1p2abcdomc 上游直線段：上游直線段：ab 堰頂曲線段：堰頂曲線段：bc 下游直線段：下游直線段：cd，坡度，坡度 mc =cot 下游河底連接反弧段：下游河底連接反弧段：de13章節(jié)內(nèi)容 上游直線上游直線 abab 段：垂直，或傾斜段：垂直，或傾斜, , 取決于取決于溢流壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。溢流壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。 反弧段反弧段dede：使直線：使直線cdcd與下游河底平滑連與下游河底平滑連接，避免水流沖刷河床。接，避免水流沖刷河床。648 .11162

7、128. 310305. 0 ddxhhvxr14章節(jié)內(nèi)容 堰頂曲線堰頂曲線bcbc 對(duì)堰流影響最大，是設(shè)計(jì)曲線型實(shí)用堰剖面對(duì)堰流影響最大，是設(shè)計(jì)曲線型實(shí)用堰剖面形狀的關(guān)鍵。理想的曲線型實(shí)用堰剖面形狀與形狀的關(guān)鍵。理想的曲線型實(shí)用堰剖面形狀與薄壁堰水舌下緣形狀吻合，不產(chǎn)生真空，過(guò)流薄壁堰水舌下緣形狀吻合，不產(chǎn)生真空，過(guò)流能力最大。但實(shí)際中不可能完全吻合。原因：能力最大。但實(shí)際中不可能完全吻合。原因：水位波動(dòng)，水舌不穩(wěn)定（紊動(dòng)影響）。水位波動(dòng)，水舌不穩(wěn)定（紊動(dòng)影響）。15章節(jié)內(nèi)容 實(shí)際采用的剖面形狀是按薄壁堰下游水實(shí)際采用的剖面形狀是按薄壁堰下游水舌下緣曲線稍加修改而成。舌下緣曲線稍加修改而成。

8、16章節(jié)內(nèi)容 weswes剖面剖面 該剖面用曲線方程表示，便于控制，該剖面用曲線方程表示，便于控制，堰剖面較瘦可節(jié)省工程量，堰面壓強(qiáng)較堰剖面較瘦可節(jié)省工程量，堰面壓強(qiáng)較理想，負(fù)壓不大，對(duì)安全有利。理想，負(fù)壓不大，對(duì)安全有利。17章節(jié)內(nèi)容yr1r2r3xxyy /hd= k ( x/hd )n0.276hd0.175hdo0.282hd式中，式中，k k，n n取決于堰上游面取決于堰上游面abab的斜率。的斜率。當(dāng)上游面為垂直時(shí)當(dāng)上游面為垂直時(shí) k=0.5k=0.5，n=1.85n=1.85。h hd d為不包括行近流速水頭的設(shè)計(jì)水頭為不包括行近流速水頭的設(shè)計(jì)水頭dddhrhrhr04. 020

9、. 050. 0321 18章節(jié)內(nèi)容堰剖面曲線的坐標(biāo)值取決于設(shè)計(jì)水頭堰剖面曲線的坐標(biāo)值取決于設(shè)計(jì)水頭h hd d 。兩種極端情況兩種極端情況: :（1 1）h hd d=h=hmaxmax可保證堰面不出現(xiàn)負(fù)壓，但可保證堰面不出現(xiàn)負(fù)壓，但 hhhhhhd d，堰面產(chǎn)生較大負(fù)壓，嚴(yán)重時(shí)危及壩安全。堰面產(chǎn)生較大負(fù)壓，嚴(yán)重時(shí)危及壩安全。 19章節(jié)內(nèi)容 工程中經(jīng)常采用工程中經(jīng)常采用:p1 /hd 1.331.33時(shí)，時(shí)， hd= (0.750.95) hmaxp1 /hd 1.331.33時(shí)，時(shí)， hd= (0.650.75) hmax20章節(jié)內(nèi)容2.2.曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù)曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù) 對(duì)

10、于不同堰型，流量系數(shù)不同。水力設(shè)計(jì)對(duì)于不同堰型，流量系數(shù)不同。水力設(shè)計(jì)時(shí)，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。對(duì)于重要工程需要通時(shí)，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。對(duì)于重要工程需要通過(guò)模型試驗(yàn)確定。過(guò)模型試驗(yàn)確定。 m = m (p1/hd，h0/hd，堰上游面坡度，堰上游面坡度)21章節(jié)內(nèi)容堰上游面垂直的堰上游面垂直的wes剖面：剖面：高堰高堰：p1/hd1.33 m=f(h0/hd) 不計(jì)行近流速水頭不計(jì)行近流速水頭 設(shè)計(jì)流量系數(shù)設(shè)計(jì)流量系數(shù) md= 0.502h0/hd=1，m=md=0.502h0/hd1，mmdh0/hd1， mmd22章節(jié)內(nèi)容低堰低堰:p:p1 1/h/hd d1.331.33，行近流速加大，設(shè)計(jì)流，

11、行近流速加大，設(shè)計(jì)流量系數(shù)。量系數(shù)。0241. 014987. 0 ddhpm23章節(jié)內(nèi)容 側(cè)收縮系數(shù)用于考慮邊墩及閘墩對(duì)過(guò)水能側(cè)收縮系數(shù)用于考慮邊墩及閘墩對(duì)過(guò)水能力影響。力影響。 溢流壩都有邊墩，多孔溢流壩還有閘墩。溢流壩都有邊墩，多孔溢流壩還有閘墩。邊墩和閘墩將使水流發(fā)生平面收縮，增大了局邊墩和閘墩將使水流發(fā)生平面收縮，增大了局部水頭損失，降低過(guò)流能力。部水頭損失，降低過(guò)流能力。3.3.側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)24章節(jié)內(nèi)容 實(shí)際工程中，實(shí)用堰由閘墩和邊墩分隔實(shí)際工程中，實(shí)用堰由閘墩和邊墩分隔成數(shù)個(gè)等寬堰孔。成數(shù)個(gè)等寬堰孔。dbbb邊墩邊墩邊墩邊墩閘墩閘墩閘墩閘墩25章節(jié)內(nèi)容 側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系

12、數(shù)與閘墩和邊墩頭部形狀、溢與閘墩和邊墩頭部形狀、溢流孔數(shù)、堰上水頭、溢流寬度有關(guān)。流孔數(shù)、堰上水頭、溢流寬度有關(guān)。2302 hgmnbq nbhnk0012 . 01 26章節(jié)內(nèi)容堰下游可為堰下游可為 自由出流自由出流： 過(guò)流能力不受下游水位影響過(guò)流能力不受下游水位影響 淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流： 過(guò)水能力降低過(guò)水能力降低 當(dāng)下游水位高過(guò)堰頂至某一范圍時(shí)當(dāng)下游水位高過(guò)堰頂至某一范圍時(shí), 堰頂下堰頂下游水位高于堰頂，堰下游為淹沒(méi)水躍，過(guò)堰水游水位高于堰頂，堰下游為淹沒(méi)水躍，過(guò)堰水流受下游水位頂托。流受下游水位頂托。4.4.下游水位及下游河床高程對(duì)過(guò)流能下游水位及下游河床高程對(duì)過(guò)流能力的影響力的影響27章

13、節(jié)內(nèi)容有側(cè)收縮實(shí)用堰有側(cè)收縮實(shí)用堰淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流的流量計(jì)算的流量計(jì)算2302 hgmnbqs s s：淹沒(méi)系數(shù)，表示淹沒(méi)出流對(duì)過(guò)流：淹沒(méi)系數(shù)，表示淹沒(méi)出流對(duì)過(guò)流能力的影響，與能力的影響，與h hs s/h/h0 0 、p p2 2/h/h0 0 有關(guān)。有關(guān)。28章節(jié)內(nèi)容 h hs s/ /h h0 0（h hs s從堰頂算起的下游水深）從堰頂算起的下游水深） h hs s越大，下游水位的頂托作用越大，對(duì)越大，下游水位的頂托作用越大，對(duì)過(guò)流能力影響越大。過(guò)流能力影響越大。 p p2 2 / /h h0 0 （p p2 2下游堰高）下游堰高） 當(dāng)下游河床較高，當(dāng)下游河床較高，p p2 2/ /h

14、 h0 0 較小時(shí)，即使較小時(shí)，即使下游水位低于堰頂，過(guò)堰水流也會(huì)受下游河下游水位低于堰頂，過(guò)堰水流也會(huì)受下游河床影響，產(chǎn)生類(lèi)似的淹沒(méi)效果，降低床影響，產(chǎn)生類(lèi)似的淹沒(méi)效果，降低過(guò)流能力。過(guò)流能力。29章節(jié)內(nèi)容當(dāng)當(dāng)hs/h0 0.15且且p2/h0時(shí)，自由出流時(shí)，自由出流 ；當(dāng)當(dāng)hs /h00.15或或p2/h0 2時(shí)，淹沒(méi)出流時(shí)，淹沒(méi)出流 。30章節(jié)內(nèi)容 三、寬頂堰的水力計(jì)算三、寬頂堰的水力計(jì)算 2.52.5/h/h1010時(shí)，進(jìn)口處形成水面跌落，堰時(shí)，進(jìn)口處形成水面跌落，堰頂范圍內(nèi)產(chǎn)生一段近似平行于堰頂?shù)臐u變流動(dòng)，頂范圍內(nèi)產(chǎn)生一段近似平行于堰頂?shù)臐u變流動(dòng)，稱(chēng)寬頂堰流。稱(chēng)寬頂堰流。31章節(jié)內(nèi)容

15、有坎寬頂堰流有坎寬頂堰流 底坎引起水流在底坎引起水流在垂直方向收縮。垂直方向收縮。無(wú)坎寬頂無(wú)坎寬頂側(cè)向收縮，側(cè)向收縮，堰流堰流 由于進(jìn)口水面跌落，產(chǎn)生寬頂堰。例如，當(dāng)水由于進(jìn)口水面跌落，產(chǎn)生寬頂堰。例如，當(dāng)水流進(jìn)入涵洞或隧洞進(jìn)口流，施工圍堰束窄的河床，流進(jìn)入涵洞或隧洞進(jìn)口流，施工圍堰束窄的河床，經(jīng)過(guò)橋墩之間的水流。經(jīng)過(guò)橋墩之間的水流。32章節(jié)內(nèi)容（1）有坎寬頂堰流的水力計(jì)算）有坎寬頂堰流的水力計(jì)算 有坎寬頂堰出流會(huì)產(chǎn)生垂直、側(cè)向收有坎寬頂堰出流會(huì)產(chǎn)生垂直、側(cè)向收縮，還受下游水位影響?？s，還受下游水位影響。 有坎寬頂堰流水力計(jì)算的基本公式為有坎寬頂堰流水力計(jì)算的基本公式為2302 hgmnbqs

16、 33章節(jié)內(nèi)容 1 1）流量系數(shù)）流量系數(shù) 流量系數(shù)取決于堰頂進(jìn)口形式、堰的流量系數(shù)取決于堰頂進(jìn)口形式、堰的相對(duì)高度相對(duì)高度p p1 1/h/h。堰頂入口為直角的寬頂堰堰頂入口為直角的寬頂堰 )30( 75. 046. 0301. 032. 0111 hphphpm32.0,31 mhp時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)34章節(jié)內(nèi)容堰頂入口為圓弧形的寬頂堰堰頂入口為圓弧形的寬頂堰 36.0,3)30( 5 .12 .1301.036.01111 mhphphphpm時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)35章節(jié)內(nèi)容 2 2）側(cè)收縮系數(shù)）側(cè)收縮系數(shù) 影響側(cè)收縮的主要因素有閘墩和邊墩影響側(cè)收縮的主要因素有閘墩和邊墩頭部形狀、閘墩數(shù)目、閘墩在堰上相對(duì)位頭

17、部形狀、閘墩數(shù)目、閘墩在堰上相對(duì)位置、堰上水頭等。置、堰上水頭等。 )1(2 . 014310bbbbhp 36章節(jié)內(nèi)容適用條件：適用條件： b/bb/b0.2 0.2 和和p p1 1/h/h3 3 b/b b/b0.20.2，取，取b/bb/b0.20.2 p p1 1/h/h3 3，取，取p p1 1/h/h3 3 )1(2 . 014310bbbbhp 37章節(jié)內(nèi)容單孔寬頂堰：用上述公式計(jì)算即可單孔寬頂堰：用上述公式計(jì)算即可多孔寬頂堰：應(yīng)采取邊孔和中孔的加權(quán)平多孔寬頂堰：應(yīng)采取邊孔和中孔的加權(quán)平均值均值 。 nn )1(其中，其中， 為中孔閘墩收縮系數(shù)，為中孔閘墩收縮系數(shù)，b=b+db

18、=b+d； 為邊墩收縮系數(shù)為邊墩收縮系數(shù), b=b+2, b=b+2， 為邊墩邊緣與堰上游同側(cè)水邊線間的距離。為邊墩邊緣與堰上游同側(cè)水邊線間的距離。 38章節(jié)內(nèi)容dbbb邊墩邊墩邊墩邊墩閘墩閘墩閘墩閘墩 ：b=b+db=b+d ：b=b+2b=b+2 39章節(jié)內(nèi)容 3 3）寬頂堰的淹沒(méi)影響）寬頂堰的淹沒(méi)影響 堰頂水頭及進(jìn)口形式一定，當(dāng)下游水堰頂水頭及進(jìn)口形式一定，當(dāng)下游水位逐漸升高，位逐漸升高，h hs s (0.75(0.750.85)h0.85)h0 0時(shí)，寬時(shí)，寬頂堰形成淹沒(méi)出流，過(guò)堰水流受到下游水頂堰形成淹沒(méi)出流，過(guò)堰水流受到下游水的阻礙，流量減小。的阻礙，流量減小。 淹沒(méi)系數(shù)淹沒(méi)系數(shù)s s隨隨h hs s/h/h0 0增大而減小。增大而減小。 40章節(jié)內(nèi)容（2）無(wú)坎寬頂堰流的水力計(jì)算）無(wú)坎寬頂堰流的水力計(jì)算 無(wú)坎寬頂堰流水力計(jì)算的基本公式為無(wú)坎寬頂堰流水力計(jì)算的基本公式為2302 hgnbmqs m 注注： 為包含側(cè)收縮影響的流量系數(shù)為包含側(cè)收縮影響的流量系數(shù)41章節(jié)內(nèi)容流量系數(shù)流量系數(shù) 單孔堰：直接查表單孔堰：直接查表 多孔堰：取中孔與邊孔流量系數(shù)