堰流与闸孔出流

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堰流及闸孔出流

堰流及闸孔出流

二次近似计算
v0 =
32.3 Q Q = = = 1.09 m s A H1 B0 3.1× 9.6
2
v0 1.09 2 H0 = H + = 2.5 + = 2.56m 2g 19.6
m = 0.378
0
ζ cr = 0.7
查 表:
hs 2.125 − 0.5 = = 0.83 > 0.8 H0 2.5
1.研究任务 2.研究方法
研究水流状态和过流能力。
过闸、堰水流虽为急变流,但其上、下游为 均匀流,应用能量方程、连续方程可求解。
3.定义
(1)堰流:从顶部溢流而水面不受约束的壅水建筑物,称为 堰;通过堰的水流称为堰流。
(2)闸孔出流:有闸门控制水流的泄水建筑物,称为闸;通过 闸孔的水流称为闸孔出流。
(4)按上游渠道宽度B与堰宽b的关系
侧收缩堰:B>b 无收缩堰:B=b
(5)按堰与渠道水流方向位置
正交堰:堰与渠道水流方向正交 斜交堰:堰与渠道水流方向不正交 侧 堰:堰与渠道水流方向平行
几种常见堰形

δ 薄壁堰
δ 实用堰
δ 实用堰
δ 宽顶堰
δ 宽顶堰
六.堰流、闸孔出流的判别
宽顶堰 实用堰
e > 0 .65 H
e ≤ 0 .65 H
e > 0 . 75 H
e ≤ 0 .75 H


闸孔出流


闸孔出流
其中 e—闸门开度
H—堰、闸前水头
§8—2 堰流的基本公式
一.基本公式
以无侧收缩影响和淹 以无侧收缩影响和淹 没的宽顶堰为例。取堰 没的宽顶堰为例。取堰 顶为基准面,列1-1和2顶为基准面,列1-1和22断面的能量方程: 2断面的能量方程:

水力学第十章 堰流及闸孔出流

水力学第十章  堰流及闸孔出流

b
按有无侧向收缩
有侧收缩堰流b≠B
b
B
b
按下游出流 是否影响泄流能力
非淹没堰 淹没堰
10.2 堰流基本公式
宽顶堰为无侧向收缩的
自由堰流,以水平堰顶为 基准面,对堰前断面0-0 及堰顶收缩断面1-1列能 量方程
H

v2 00ຫໍສະໝຸດ h v2 11

v2 1
2g 1 2g 2g

H0

H


0
v2 0

Q 0.42b 2gH 1.5 1.86bH 1.5
10.4 实用堰流
实用堰剖面可分为曲线形或折线形。
曲线形实用堰的剖面组成及其设计 1、上游直线段AB:常是垂直的,有时也是 倾斜的。其坡度由坝体的稳定和强度要求 选定。
2、堰顶曲线段BC:对水流特性的影响最大,是设计曲线型 实用堰剖面的关键。
此时
3
Q m b 2gH 2 0
对于一般堰流
3
Q mb 2gH 2
0

侧淹 流 堰

收没 量 宽

缩系 系

系数 数

1 1

顶 全 水
H0

H

V02
2g

10.3 薄壁堰流
薄壁堰按堰口形状不同,可分为矩形薄壁堰、三角形 薄壁堰和梯形薄壁堰。
10.3.1 矩形薄壁堰 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。
侧收缩系数

1 0.2 K

n

1
0

H0 nb

第8章 堰流与闸孔出流

第8章 堰流与闸孔出流

hc
ht
解:1)由收缩断面的水深hc引起的共轭水深hc” 2 h 8 q " hc c ( 1 1) 3 2 ghc
2 0 . 315 8 2 . 45 " hc ( 1 1) 1.82m 3 2 9.8 0.315
2) 根据水跃的形式,判断是否需要修建消力池。
hc 1.82m ht 1.5m
ht
例2:在溢流坝下游收缩断面hc=0.315m,溢 流坝单宽流量q=2.45m2/s 。已知下游水深ht =1.5 m 。 (1)试判别是否需要修建消力池? (2)如需修建消力池,试设计挖深式消能池 的池深d。(不考虑挖深影响和出池水面跌落 的影响,消力池水跃淹没系数取σ’=1.1 )。
分析:
根据收缩断面水深hc 对应的共轭水深hc”与下 游水深ht的关系来判断水 跃的形式。 当淹没系数为1.05— 1.1时,消能效果最好。
所以是远驱式水跃,需要修建消力池。 3)计算消力池池深d
"
' hc " d ht z
d ' hc "ht 1.11.82 1.5 0.5m
例3:某平底坎水闸,闸门宽度为b =4m,闸前 水头H=5m,闸门开度e = 1.25m,闸孔流量系数 μ=0.556,闸门下游收缩断面水深hc = 0.9m。 (1)当闸孔为自由出流时,求通过闸的流量Q 为多少? (2)当下游水深ht = 2.3m,判别闸下游水跃 的形式,并判断是否需要修建消力池?
2.闸孔出流的计算基本公式:
Q s be 2 gH 0

----闸孔出流的流量系数。
s ----闸孔出流的淹没系数。
b----闸门的宽度 e----闸门的开启度 H----闸前水头

第八章 堰流和闸孔出流

第八章 堰流和闸孔出流

第八章 堰流和闸孔出流第一节 概述一、堰流及闸孔出流的概念堰流:顶部闸门完全开启,闸门下缘脱离水面,水流从建筑物顶部自由下泄。

闸孔出流:顶部闸门部分开启,水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。

二、堰流及闸孔出流的水流状态比较1、堰流和闸孔出流的区别:堰流的水面线是光滑的降落曲线;闸孔出流的上下游水面是不连续的。

由于边界条件的这种差异,它们的水流特征及过水能力也不相同。

2、堰流和闸孔出流的相同点:引起壅水,然后水面降落,是在重力作用下形成的一种水流运动,都是从势能转化为动能的过程。

都属于明渠急变流,主要是局部水头损失。

3、堰流和闸孔出流的转化: 闸底坎为平顶堰时:65.0≤H e 时为闸孔出流;65.0>He时为堰流。

闸底坎为曲线型堰时:75.0≤He 时为闸孔出流;75.0>H e时为堰流。

式中,e 为闸孔开度;H 为从堰顶算起的闸前水深。

第二节 堰流的类型及水力计算公式一、堰流的类型定义:堰前断面,堰顶水深,行近流速。

堰前断面距上游壁面的距离:H l )5~3(= 1.薄壁堰流:67.0<Hδ,水舌形状不受堰坎厚度的影响,与堰顶呈线接触,水面呈单一的降落曲线。

此时堰顶常为锐缘形。

2.实用堰流:5.267.0<<Hδ,水舌下缘与堰顶呈面接触,水舌受堰顶的压缩与顶托,但影响不大,水流还是在重力作用下的自由跌落。

常用曲线形或折线形。

H 01V 堰顶宽度为b ,水舌厚度为0kH (k 为堰顶水流垂向收缩系数),则:2/302/3001010221)1(21H g mb H g b k gH bkH bV kH Q =-=-+==ξϕξςα式中ϕ为流速系数;m 为流量系数。

2/30H Q ∝。

流量系数:),,(ξϕk f m =,还与堰的边界条件有关。

自由出流/淹没出流; 有侧收缩堰/无侧收缩堰。

则:2/3012H g mb Q s εσ=第三节 薄壁堰流的水力计算一般用作量水工具。

水力学堰流及闸孔出流

水力学堰流及闸孔出流

水流产生侧面收缩 Q mc b 2 g H 3 2
mc -- 侧收缩系数 由(8-9)式确定
在b、P和H相同的情况下,流量要小于完全堰流量. 二. 三角堰与梯形堰 (堰口的形状为三角形或梯形) 1.三角堰 采用
P1
15 ~ 90
0
2.5
0
θ θ
流量公式 Q MH
M值查手册
最常用的H为 0.05 ~ 0.25m, 90 0
3. 几何参数 (1)骨架 –土壤颗粒组成的结构。 (2)孔隙率 m
V 1.0 V0
即孔隙所占的体积V与岩土总体积V0之比。
孔隙率反映岩土的密实程度,土壤孔隙率越大,透水性越好。 d (3)不均匀系数 η 60 d10 d 60 占60%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
d10 占10%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
H 一. 无侧收缩宽顶堰 (b=B)
(2.5

10)
1.自由出流 特征:水面二次跌落
Q mb 2 g H
2.淹没出流 条件:
3/ 2
P 1 3 H P 1 3 H
时 直角进口 m=0.32 圆角进口 m=0.36
时 直角进口 (8-19) 圆角进口 (8-20)
hs 0
则计算公式
一. 矩形薄壁堰 堰口为矩形的堰称为矩形堰.它又分为完全堰和侧收缩堰.
1.完全堰 (B=b)
无侧收缩,渠宽等于堰宽.则流量
m0为流量系数 m0 0.403 0.053 P1 为上游堰高 2. 侧收缩堰
Q m0b 2 g H 3 2
H 0.0007 P H 1
δ
H V0
(b B)
其流量
Q 1.343 H

堰流和闸孔出流

堰流和闸孔出流
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。
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。
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。
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

堰流与闸孔出流

堰流与闸孔出流

H0
P1
V0
0 H0
V0
0
hs P2 ht
淹没出流对过流能力旳影响用淹没系数σs表达。
淹没系数σs:取决于hs/H0 和P2/H0
hs/H0 (hs从堰顶算起旳下游水深)
这是明显旳。 因为hs越大,下游水位旳顶托作用越大, 对过流能力影响越大
淹没出流对过流能力旳影响用淹没系数σs表达。
淹没系数σs:取决于hs/H0 和P2/H0
式中:e为闸孔开度;H 0
H
b
e
0 图 8-1 a 堰流及闸孔出流
堰流及闸孔出流是水利工程中常见旳水流现象, 其水力计算旳主要任务是研究过水能力。
本章将应用水力学旳基本原理, 分析堰闸出流旳水力特征,
§8-1 堰流旳类型及计算公式
在水利工程中,常根据不同建筑条件及使用要求,将堰作成
不同类型。 例如,溢流坝常用混凝土或者石料作成厚度较大旳曲线型或
1
1
V1
α1 , α2 :动能修正系数
P2
ζ:局部阻力系数
Q v1 A
kH 0b
1
2g(H0 H0 )
k
1
3
1 b 2gH02
令: 流速系数
1
1
流量系数
m k
1 k 1
1
则堰流计算旳基本公式:
3
Q mb 2 g H 0 2
影响流量系数旳主要原因:
, k , m m( , k , )
0
δ
H
1
V0
1
0
图8-2 d 曲线型实用堰
2 实用堰流:0.67 <δ/H <2.5 因为堰顶厚度继续加厚,水舌下缘与堰顶呈面接触, 水舌受到堰顶约束和顶托,已影响水舌形状和堰旳过流能力。

堰流及闸孔出流

堰流及闸孔出流
3 2
Q 4 s 4 m b 2 g H 0 32 0 .8 2 0 .3 4 6 6 1 .2 8 1 9 .6 0 .8 8
Q4 Q3 Q4 1 .3 3 1 .3 3 1 .3 3 0
1 .3 3 m / s
3
符合要求,故所求流量为1.33m3/s。
前进
(4)判别出流是否淹没 由 则收缩断面水深 hc的共轭水深
e H
0 .2
查表8.7得 2 0 .6 2 0
h c 2 e 0 .6 2 1 0 .6 2 m
h c hc 2 0 .6 2 2 ( 1 8q
2 3
1)
2 3
g hc ( 1

8 5 .5 6
前进
主要内容
堰流与闸孔出流 堰流与闸孔出流的判别 堰流的分类 堰流的基本公式 薄壁堰流的水力计算 实用堰流的水力计算 宽顶堰流的水力计算 堰流水力计算实例 闸孔出流的基本公式 底坎为宽顶堰型的闸孔出流 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流 闸孔出流水力计算实例
结束
既能挡水,又能过水的水工建筑物,称为堰。
(2)判别堰闸出流
(3)确定系数
e H

1 5
0 .2 0 .7 5
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 1m / s
3
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
2 g A0
1 9 .6 (1 .2 8 1 .3 5)
0 .8 8 m

hs H 03
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1
0
bb 4 (1 )
1
3 0.2P1 B B
H
(n1)11
1
n
3、宽顶堰的淹没条件及淹没系数
淹没条件:h0.8H
s
0
淹没系数: 查表8-2。
第三节 闸孔出流的水力计算
一、平顶堰上的闸孔自由出流 闸孔自由出流:
ht hc" 远离式水跃 ht hc" 临界式水跃
闸孔淹没出流: ht hc" 淹没式水跃
3、确定堰顶下游曲线段与直线段的切点C的坐标, 按下式计算:
1.096H
x
d
c
m1.177
c
0.592H
y
d
c
m2.177
c
4、确定下游直线段与反弧段的切点D的坐标
x D x C m cP 2 y C R c 12 t8 g 0 R sin
yPR R co s
D
2
5、反弧段与河床的切点E的坐标:
时,称为低堰
H
d
m由图8-8中的b、c、d、e线确定
2、侧收缩系数
10.2n1H0
1
k
0 nb
式中 k ——边墩形状系数;
0
——中墩形状系数。
淹没系数反映下游水位及护坦高程对过水能力的影响,
h f( s
,
P )2
s
HH
0
0
,查图8-10。
式中hs为从堰顶算起的下游水深;P2为下游堰高。
第五节 宽顶堰的水力计算
H
(二)弧形闸门
0.6850.19e
H
适用于
0.1 e 0.75 H
四、实用堰上的闸孔淹没出流
QBe2g( H0hs)
反弧半径:
H较大 r ( 0 .5 ~ 1 .0 )H ( z)
d
max
H较小 r ( 0 .2~ 0 5 .5 )H ( z)
d
max
二、工程中常用的曲线型实用堰——WES堰
WES堰的堰顶下游:
( y )0.5( x )1.85
H
H
d
d
堰顶上游:由三段复合圆弧组成。
设计水头:
H (0 .7~ 5 0 .9)H 5
0
0
m ——包含行近流速影响在内的流量系数 0
H 0.0007
m0.4030.053
0
PH
1
适用条件为:
H0.02 m5
H2, P0.3m
P
1
1
二、直角三角形薄壁堰流
流量公式为: QCH5/2 0
0 .004 0 .2H
C 1 .35 4 (0 .1 4 )( 0 .0)29
0
H
PB
1
适用范围:
0 . 5 m B 1 . 2 m ; 0 . 1 m P 0 . 7 m ; 0 . 0 m 5 H 0 . 2 7 m ; H B / 3 6 1
e
20 5 90 0
0 0.65 H
二、平顶坎上的闸孔淹没出流
QSBe2gH0
淹没系数 s 由
e H
及 z H
查图8-10得到
三、曲线坎上的闸孔自由出流
QBe 2g H0
(一)平板闸门
0 .6 5 0 .18 e 6 (0 .2 5 0 .37 e)c 5 os
H
H
适用 e 0.050.75 090以及门位于堰最高点的情况
3、堰流和闸孔出流的转化:
e 闸底坎为平顶堰时: H
0.65
e 0.65 H
闸底坎为曲线型堰时: e 0.75 H e 0.75 H
闸孔出流 堰流 闸孔出流 堰流
式中,e为闸孔开度;H为从堰顶算起的闸前水深。
第二节 堰流的类型及水力计算公式
一、堰流的类型
1.薄壁堰流: 2.实用堰流: 3.宽顶堰流:
(一)平板闸门下的自由出流
hc e
Q0Be2g(H0hc)
0
由表8-4查得
流速系数
表达式一
QBe 2g H0
0.600.18e
H
0.1 e 0.65 H
表达式二
(二)弧形闸门下的自由出流
QBe 2g H0
(0 .9 7 0 .8 1) (0 .5 6 0 .8 1)e
1 80
1 8 H 0
Q k b H k V b H 12 g ( 1 H ) k 1 b 2 g H 3 / 2 m 2 g H b 3 / 2
01
0
0
0
0
1
堰流流量公式: Q m2 b gH 3/2
s1
0
第三节 薄壁堰流的水力计算 一、矩形薄壁堰流
流量公式为: Q m 2 g b H 3 /2 m b2 g H 3 /2
粗略计算时取: C 1.4 0
第四节 实用堰流的水力计算 一、曲线形实用堰的剖面组成及其设计
1、上游直线段AB:常是垂直的,有时也是倾斜的。 其坡度由坝体的稳定和强度要求选定。
2、堰顶曲线段BC:对水流特性的影响最大,是设 计曲线型实用堰剖面的关键。 3、下游直线段CD:其坡度也是由坝体的稳定和强 度要求选定。 4、反弧段DE:使直线段CD与下游河底平滑连接,避免 水流直冲河床;并有利于下游的消能。
0.67
H
0.67 2.5
H
2.5 10
H
二、堰流的基本公式
列堰前断面与堰顶断面的能量方程:
H20V g02 (zp)(1)2 Vg 12
H H0V02 (z p) H
0
2g
0
HH()V12
0
0
1
2g
V 1 2gH(1)
1
0
1
堰顶宽度为b,水舌厚度为
kH(0 k为堰顶水流垂向收缩系数),
流量公式 : Q m2 b gH 3/2
s1
0
一、有坎宽顶堰流的水力计算
1、流量系数
3
P 1
(1)直角进口:
m0.320.01
H
0.460.75P1
适用于:
0
P 1
3
H
H
3
P 1
(2)圆角进口: m0.360.01 H
1.21.5
P 1
适用于:
P 0 1 3
H
H
2、侧收缩系数 (1)对单孔宽顶堰 (2)对于多孔宽顶堰
d
max
三、WES堰的剖面设计
1、首先确定剖面设计水头Hd,堰高P1,P2, 堰下游的坡比mc,及其夹角α,反弧半径R。
2、以堰顶最高点为坐标原点O,Ox水平轴以指向 下游为正,Oy铅垂轴以向下为正。计算出堰顶曲 线OC段的坐标,可以点绘出堰面曲线;根据图8-7 的数据,绘出堰顶上游段BO的三段复合圆弧及垂 直堰墙。
xExC m cP 2yCR c 1t2 8 g 0
6、反弧段圆心O’的坐标:
x' x
O
E
y' PR
o
2
四、WES堰的水力计算
1、流量系数
(1) (2)
P 1
1.33 时,称为高堰
H
d
H 0
1.0
m0.502
H
d
d
H 0
1.0
m具体由图8-8中的a线确定。

H
d
P 1
1.33
第八章 堰流和闸孔出流
第一节 概述
一、堰流及闸孔出流的概念 堰流:顶部闸门完全开启,闸门下缘脱离水面, 水流从建筑物顶部自由下泄。 闸孔出流:顶部闸门部分开启,水流受闸门控制 而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。
二、堰流及闸孔出流的水流状态比较 1、堰流和闸孔出流的区别:堰流的水面线是光滑的降落 曲线;闸孔出流的上下游水面是不连续的。由于边界条 件的这种差异,它们的水流特征及过水能力也不相同。 2、堰流和闸孔出流的相同点:引起壅水,然后水面 降落,是在重力作用下形成的一种水流运动,都是从 势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流,主要是 局部水头损失。
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