流體力學(xué)7-8堰流

1、1 堰的形式：堰的形式：薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰。薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰。 堰流的基本公式。流量系數(shù)及其影響因素。堰流的基本公式。流量系數(shù)及其影響因素。2v堰：堰：人們?yōu)榱诵钏?、發(fā)電、防洪、灌溉、交通、排水的人們?yōu)榱诵钏l(fā)電、防洪、灌溉、交通、排水的需要在河道和明渠上修筑的擋水建筑物，例如需要在河道和明渠上修筑的擋水建筑物，例如 壩、閘、橋、涵洞、坎等壩、閘、橋、涵洞、坎等v堰流：堰流：水流經(jīng)過(guò)這些擋水建筑物的流動(dòng)水流經(jīng)過(guò)這些擋水建筑物的流動(dòng)v堰：堰：在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的障壁。障壁。v堰流：堰流：緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象。

2、堰頂溢流時(shí)，緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象。堰頂溢流時(shí)，由于堰對(duì)來(lái)流的約束，使堰前水面壅高，然后堰上水面由于堰對(duì)來(lái)流的約束，使堰前水面壅高，然后堰上水面跌落，流過(guò)堰頂。跌落，流過(guò)堰頂。3v水利工程：水利工程：溢流堰是主要的泄水建筑物溢流堰是主要的泄水建筑物v給排水工程：給排水工程：常用的溢流集水設(shè)備和量水設(shè)備常用的溢流集水設(shè)備和量水設(shè)備 實(shí)驗(yàn)室常用的流量量測(cè)設(shè)備實(shí)驗(yàn)室常用的流量量測(cè)設(shè)備v堰流是一種無(wú)壓緩流，經(jīng)過(guò)堰溢流后，上游發(fā)生壅水，堰流是一種無(wú)壓緩流，經(jīng)過(guò)堰溢流后，上游發(fā)生壅水，水深增加，堰上水面跌落水深增加，堰上水面跌落v凡有堰處均伴隨收縮，除發(fā)生壅水或跌水外，必有收凡有堰處均伴隨收縮，除發(fā)

3、生壅水或跌水外，必有收縮，收縮是堰流的最大特點(diǎn)，此時(shí)速度增加、水面下縮，收縮是堰流的最大特點(diǎn)，此時(shí)速度增加、水面下降降 寬頂堰：水面收縮寬頂堰：水面收縮 橋墩間：側(cè)面收縮橋墩間：側(cè)面收縮4B上游渠道寬，上游渠道寬，上游來(lái)流寬度上游來(lái)流寬度(B=b無(wú)側(cè)收縮無(wú)側(cè)收縮) b堰寬，堰寬，水浸過(guò)堰頂?shù)膶挾人^(guò)堰頂?shù)膶挾?橋橋Bb)堰頂厚度堰頂厚度 ，對(duì)堰的影響很大，對(duì)堰的影響很大v0行近速度，行近速度，上游來(lái)流速度上游來(lái)流速度H堰上水頭，堰上水頭，上游水位在堰頂上的最大超高上游水位在堰頂上的最大超高 p，p堰上、下游坎高堰上、下游坎高 h堰下游水深堰下游水深 5 堰頂溢流的水流情況，隨堰頂溢流的水流情

4、況，隨/H比值范圍而變化比值范圍而變化 堰前來(lái)流由于受堰壁阻擋，底部水流因慣性作用上彎，堰前來(lái)流由于受堰壁阻擋，底部水流因慣性作用上彎，當(dāng)水舌回落到堰頂高程時(shí)，距上游壁面約當(dāng)水舌回落到堰頂高程時(shí)，距上游壁面約O.67HO.67H，堰頂厚，堰頂厚0.67H0.67H則堰和過(guò)堰水流就只有一條邊線接觸，堰頂厚度則堰和過(guò)堰水流就只有一條邊線接觸，堰頂厚度對(duì)水流無(wú)影響，故稱為薄壁堰。薄壁堰主要用作測(cè)量流量對(duì)水流無(wú)影響，故稱為薄壁堰。薄壁堰主要用作測(cè)量流量的設(shè)備。的設(shè)備。 Hd0.67H6 實(shí)用堰堰頂厚度大于薄壁堰，實(shí)用堰堰頂厚度大于薄壁堰， 對(duì)水流有一定的影響，對(duì)水流有一定的影響，但堰上水面仍一次連續(xù)降

5、落；但堰上水面仍一次連續(xù)降落； 其剖面有曲線型和折線型兩種，水利工程中的大、中其剖面有曲線型和折線型兩種，水利工程中的大、中型溢流壩一般都采用型溢流壩一般都采用曲線型曲線型實(shí)用堰，小型工程常采用實(shí)用堰，小型工程常采用折線折線型型實(shí)用堰。實(shí)用堰。 7 寬頂堰堰頂厚度較大，寬頂堰堰頂厚度較大，2.5， 對(duì)水流有顯對(duì)水流有顯著影響，在堰坎進(jìn)口水面發(fā)生降落，堰上水流近著影響，在堰坎進(jìn)口水面發(fā)生降落，堰上水流近似于水平流動(dòng)，至堰坎出口水面再次降落與下游似于水平流動(dòng)，至堰坎出口水面再次降落與下游水流銜接。水流銜接。 若堰寬增至若堰寬增至10，hf 不能忽略，流動(dòng)已不屬不能忽略，流動(dòng)已不屬于堰流。于堰流。

6、閘門全開放時(shí)的過(guò)閘水流、小橋孔過(guò)流、無(wú)壓閘門全開放時(shí)的過(guò)閘水流、小橋孔過(guò)流、無(wú)壓短涵管過(guò)流等，都屬于寬頂堰流。短涵管過(guò)流等，都屬于寬頂堰流。 8v根據(jù)上游渠道寬度根據(jù)上游渠道寬度B與堰寬與堰寬b的關(guān)系：的關(guān)系： 側(cè)收縮堰（側(cè)收縮堰（b3.0 0 p/H 3.0m=0.32m=0.3612 下游水位升高，頂托過(guò)堰水流，造成堰上水流性質(zhì)下游水位升高，頂托過(guò)堰水流，造成堰上水流性質(zhì)發(fā)生變化。堰上水深由發(fā)生變化。堰上水深由hhc ，水流由急流變?yōu)?，水流由急流變?yōu)榫徚?，下游干擾波能向上游傳播，形成淹沒溢流緩流，下游干擾波能向上游傳播，形成淹沒溢流。v必要條件：必要條件：下游水位高于堰頂下游水位高于堰頂

7、hs=h-p0v充分條件充分條件: 下游水位影響到堰上水流，急流變?yōu)榫徚飨掠嗡挥绊懙窖呱纤?，急流變?yōu)榫徚?hs=h-p0.8 1-1 v0h2-2PHH0vg220c-chchshs淹沒出流淹沒出流自由出流自由出流Q3202sQmbgH淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)s隨淹沒程度隨淹沒程度hs/H0的增大而減小，見的增大而減小，見P187表表7-9 13 堰寬小于上游渠道寬堰寬小于上游渠道寬bB，水流進(jìn)入堰口后在側(cè)壁，水流進(jìn)入堰口后在側(cè)壁發(fā)生分離，堰的過(guò)流能力降低。發(fā)生分離，堰的過(guò)流能力降低。3202QmbgH側(cè)收縮的影響用收縮系數(shù)側(cè)收縮的影響用收縮系數(shù) 表示，對(duì)單孔寬頂堰表示，對(duì)單孔寬頂堰)1 (142

8、 . 03BbBbaHpa為墩形系數(shù)，矩形墩為墩形系數(shù)，矩形墩a=0.19，圓形墩，圓形墩a=0.10。3202sQmbgH14 薄壁堰和實(shí)用堰雖然堰型和寬頂堰不同，但堰流的薄壁堰和實(shí)用堰雖然堰型和寬頂堰不同，但堰流的受受力性質(zhì)力性質(zhì)(重力作用，不計(jì)重力作用，不計(jì)hf)和和運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)形式(緩流經(jīng)障壁頂部溢緩流經(jīng)障壁頂部溢流流)相同，因此具有相似的規(guī)律性和相同結(jié)構(gòu)的基本公式。相同，因此具有相似的規(guī)律性和相同結(jié)構(gòu)的基本公式。 v矩形薄壁堰自由式溢流矩形薄壁堰自由式溢流 32002Qm bgH m0計(jì)入行進(jìn)流速水頭的影響，采用巴贊公式計(jì)入行進(jìn)流速水頭的影響，采用巴贊公式)(55.01)405.0(

9、20027.00PHHHm)()(55. 01)03. 00027. 0405. 0(220BbPHHBbBHm 公式適用范圍：公式適用范圍：b2m，p1.13m，H1.24mv出現(xiàn)側(cè)收縮可用修正的出現(xiàn)側(cè)收縮可用修正的巴贊公式巴贊公式15 用矩形堰量測(cè)小流量時(shí)，堰上水頭很小，量測(cè)誤差增用矩形堰量測(cè)小流量時(shí)，堰上水頭很小，量測(cè)誤差增大。為使小流量大。為使小流量(Q100 l/s )仍能保持較大的堰上水頭，就仍能保持較大的堰上水頭，就要減小堰寬，為此采用直角三角形堰要減小堰寬，為此采用直角三角形堰HB5/231.4(m /s)QH H=0.250.55m H=0.050.25m2.4731.343

10、(m /s)QH 淹沒溢流時(shí)，不僅堰的淹沒溢流時(shí)，不僅堰的過(guò)水能力降低，而且下游水過(guò)水能力降低，而且下游水面波動(dòng)較大，溢流不穩(wěn)定。面波動(dòng)較大，溢流不穩(wěn)定。所以用于測(cè)量流量用的薄壁所以用于測(cè)量流量用的薄壁堰，堰，。HV0ZchP1h0.67HZ160.67 /H2.5主要用途：用作蓄水建筑物主要用途：用作蓄水建筑物壩壩 凈水建筑物的溢流設(shè)備凈水建筑物的溢流設(shè)備分類：折線型、曲線型、復(fù)合型實(shí)用堰分類：折線型、曲線型、復(fù)合型實(shí)用堰WES剖面堰：剖面堰：堰面不發(fā)生負(fù)壓，流量系數(shù)大，堰剖面堰面不發(fā)生負(fù)壓，流量系數(shù)大，堰剖面較小，工程量小，穩(wěn)定安全較小，工程量小，穩(wěn)定安全17非真空實(shí)用堰（非真空實(shí)用堰（N

11、on-Vacuum Weir）：）： 若堰面的剖面曲線基本上與堰的水舌下緣外形相若堰面的剖面曲線基本上與堰的水舌下緣外形相符，水流作用于堰面上的壓強(qiáng)仍近似為大氣壓強(qiáng)，符，水流作用于堰面上的壓強(qiáng)仍近似為大氣壓強(qiáng)，這種堰稱為非真空實(shí)用堰。這種堰稱為非真空實(shí)用堰。 真空實(shí)用堰（真空實(shí)用堰（Vacuum Weir）：）： 若堰面的剖面曲線低于堰的水舌下緣，溢流水舌若堰面的剖面曲線低于堰的水舌下緣，溢流水舌脫離堰面，脫離處的空氣被水流帶走而形成真空區(qū)，脫離堰面，脫離處的空氣被水流帶走而形成真空區(qū)，這種堰稱為真空實(shí)用堰。這種堰稱為真空實(shí)用堰。 182、堰的分類、堰的分類1）根據(jù)堰頂厚度）根據(jù)堰頂厚度 與水頭與水頭H的關(guān)系：的關(guān)系：堰堰薄壁堰（薄壁堰（Thin-wall Weir）（）（ /H0.67） 無(wú)沿程水頭損失無(wú)沿程水頭損失hf。實(shí)用堰（實(shí)用堰（Ogee Weir）（