第八章.堰流与闸孔出流.ppt

第八章 堰 流 及 闸 孔 出 流 §8-1 堰流的类型及计算公式 3 宽顶堰：2.5＜δ/ H ＜10 曲线型实用堰和薄壁堰水舌下缘内部形成空间 过流能力有所提高，但堰壁产生负压 因此，实际采用的剖面形状 按照薄壁堰下游水舌下缘曲线稍加修改而成。 堰面出现真空的堰称为真空剖面堰 以前，我国采用较多的是克里格—奥菲采洛夫剖面， 简称克—奥剖面。 该剖面略嫌肥大， 曲线坐标用用表给出，坐标点少，施工中不便控制。 有关克—奥剖面的设计方法可参考有关水力学书籍。 美国内务部垦务局在系统研究的基础上， 推荐Ogee 剖面作为标准剖面 该断面参数均与行进流速水头、设计全水头有关， 即考虑了坝高对堰顶剖面曲线的影响。 因此，适应不同上游坝高的堰剖面设计。 有关Ogee 剖面的设计方法参考有关的水力学参考书。 近年来多采用WES剖面， 美国陆军工程兵团水道试验站的标准剖面。 WES剖面用曲线方程表示，便于控制； 堰剖面较瘦可节省工程量； 堰面压强分布比较理想，负压不大，对安全有利。 下面看重介绍 WES剖面的水力设计方法。 R1 R2 R3 y x x y y/Hd=0.5(x/Hd)1.85 0.276Hd 0.175Hd O 0.282Hd 图 8-11 WES 剖面 R1 R2 R3 y x x y y/Hd=0.5(x/Hd)1.85 0.276Hd 0.175Hd O 0.282Hd 图 8-11 WES 剖面 堰顶O点下游曲线： 式中， k，n取决于堰上游面坡度。 当上游面为垂直时k=0.5，n=1.85 Hd: 为不包括行近流速水头的剖面 设计水头，简称设计水头。 R1 R2 R3 y x x y y/Hd=0.5(x/Hd)1.85 0.276Hd 0.175Hd O 0.282Hd 图 8-11 WES 剖面 堰顶O点上游曲线： 采用三段复合园弧相接 堰顶曲线上游与上游面平滑连接 改善堰面压强分布，减小负压。 目的： R1 R2 R3 y x x y y/Hd=0.5(x/Hd)1.85 0.276Hd 0.175Hd O 0.282Hd 图 8-11 WES 剖面 堰顶O点上游曲线： 采用三段复合园弧相接 从上述可知:堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头 问题是：设计堰时，堰顶水头在(Hmin～Hmax)范围变化。 因此，选定设计水头Hd＝？ 使当H = (Hmin～Hmax)， 堰面：较大流量系数，堰面又不产生过大负压。 分析两种极端的情况： 如果Hd=Hmax 可以保证堰面不出现负压， 但 HHd时，堰面压强为正； 流量系数减小； 堰剖面偏肥，不经济。 如果Hd=Hmin 可得到较为经济的剖面。 但HHd，堰面产生较大负压 严重时危及坝安全 工程中经常采用Hd=(0.75～0.95)Hmax。 当HHd时，真空剖面堰； 当HHd时，堰剖面堰稍偏肥大 WES剖面，主要适用高溢流堰， 原因：设计中并未考虑行近流速的影响。 但有些研究报告认为WES剖面可直接移用作低堰剖面。 二、曲线型实用堰的流量系数 对于不同堰型，流量系数不同。 水力设计时，可参考有关文献。 对于重要工程需要通过模型试验确定。 一般情况下： m = m(P1/Hd、H0/Hd，堰上游面坡度) 堰上游面垂直的WES剖面： 若P1/Hd≥1.33，称高堰，m =f(H0/Hd) 可不计行近流速水头 设计流量系数md=0.502 当H0/Hd =1时，m = md=0.502 当H0/Hd＜1时，m ＜ md 当H0/Hd＞1时，m ＞ md 若P1/Hd＜1.33称为低堰， 行近流速加大，设计的流量系数m上图。 P1/Hd 低堰范围 低堰范围 高堰 三、侧收缩系数 溢流坝都有边墩，多孔溢流坝还有闸墩。 边墩和闸墩将使水流发生平面收缩， 增大了局部水头损失， 降低过流能力。 侧收缩系数：用于考虑边墩及闸墩对过水能力影响。 侧收缩系数ε： 与闸墩、边墩平面形状、 溢流孔数、 堰上水头、 溢流宽度等因素有关。 按下列经验公式计算： 式中：n为溢流孔数； b为每孔宽度； Ka为边墩系数； KP为闸墩系数。 ε= 1-0.2［Ka ＋(n-1)KP］H0/nb’ Ka：与边墩平面形状和行进流速有关。 对于圆弧形边墩： 当行进水流正向进入溢流堰时， 0.1 对于与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰 0.2 对于与土坝邻接的高溢流堰 当行进水流非正向进入溢流堰时，Ka 适当加大。 ε= 1-0.2［Ka ＋(n-1)KP］H0/nb’ Ka