第九章堰流PPT.pptVIP

二、流量公式 自由式: 淹没式: 式中： 一般由经验公式确定 1 流量系数 流量系数取决于堰顶进口形式、堰的相对高度P/H H 0 0 P h v0 δ 1 1 v1 （flow coefficient） 堰顶入口为直角的宽顶堰 H 0 0 P h v0 δ 1 1 v1 H P v0 r 堰顶入口为圆弧的宽顶堰 对于理想流体，最大流量系数m=0.385 宽顶堰为自由出流时，堰前为缓流，进口产生第一次水面跌落（由于进口产生局部损失） hS H 0 0 P P′ v0 2H 1 1 N N hc 2 淹没影响 submerged effect 收缩断面：在进口约为2H处 hc hn ，为急流 堰顶水流：保持急流 出口附近: 产生水面第二次跌落，为急流 hS H 0 0 P P′ v0 2H 1 1 N N hc 随下游水位升高，下游逐渐升高到N-N线上， 堰顶产生水跃，跃首随下游水位升高向上游移动 P′ H 0 0 P v0 2H 1 1 N N hS 波状水跃 hc 第九章 堰流 都江堰坐落于四川省都江堰市城西，位于成都平原西部的岷江上。都江堰水利工程建于公元前256年，是中国战国时期秦国蜀郡太守李冰父子率众修建的一座大型水利工程，是全世界迄今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 两千多年来，一直发挥着防洪灌溉作用。截至1998年，都江堰灌溉范围已达40余县，灌溉面积达到66.87万公顷。 都江堰水利工程以历史悠久、规模宏大、布局合理、运行科学，与环境和谐结合，在历史和科学方面具有突出的普遍价值，2000年联合国世界遗产委员会第24届大会上都江堰被确定为世界文化遗产。 主要内容 第一节 堰流的分类及水力计算的基本公式 第二节 薄壁堰流的水力计算 第三节 实用堰流的水力计算 第四节 宽顶堰流的水力计算 第五节 小桥流的水力计算 小 结 教学目的与要求 了解堰流流动特点。 掌握堰流的分类和计算公式，掌握宽顶堰的水力计算方法，会进行流量系数、侧收缩系数、淹没条件和淹没系数的确定方法，重点掌握宽顶堰流的水力计算。 了解桥、涵过流的水力特征和水力计算方法。 重点与难点 宽顶堰、小桥孔径的水力计算方法，流量系数、侧收缩系数、淹没条件和淹没系数的确定方法。 基本概念 堰：阻挡水流、壅高水位、并使水流在其上流过的泄水建筑物称为堰。 如：桥梁中的桥孔过流，给排水工程中的蓄水、排水建筑的过流、水利工程中的溢流坝等，是常遇到的堰流类型。 （a） 薄壁堰 δ （b） 实用堰 （ 曲线型 ） δ （d） 宽顶堰 δ （c） 实用堰 （ 折线型 ） δ 薄壁堰：过堰的水舌形状不受堰顶厚度δ的影响，水舌下缘与堰顶呈线接触，水面为单一的降落曲线。 实用堰：过堰水流受到堰顶的约束和顶托，水舌与堰顶呈面接触，但水面仍为单一的降落曲线 宽顶堰：堰顶厚度对有水流顶托作用，能形成二次水跌 二、堰流水力计算的基本公式 　应用能量方程可推导出堰流水力计算的基本公式。 式中：v为1－1断面的平均流速；α0、α1是相应断面的动能修正系数；ζ为局部水头损失系数； 称为行近流速水头。 令 称为堰上全水头。 令 为一修正系数，称为压强系数。 则能量方程可写为 称为流速系数。 因为1－1断面一般为矩形，设其宽度为b ，则1－1断面的面积为A= kH0b，通过的流量为: 称为堰的流量系数 堰流水力计算的基本公式 主要反映局部水头损失的影响； K反映了堰顶水流在垂直方向的收缩程度。 因此，不同水头、不同类型、不同尺寸的堰流，其流量系数m值各不相同。 如果下游水位较高，影响到1－1断面的水流条件时，则在相同水头H时，其过流量Q将小于由式的计算值，这时称为淹没出流。用淹没系数σ反映其影响。 影响流量系数m的主要因素是: 当堰顶存在边墩或闸墩时, 即堰顶宽度小于上游河渠宽度时，过堰水流在平面上受到横向约束，流线将出现横向收缩，使水流的有效宽度小于实际的堰顶净宽，局部水头损失hj增大，过堰流量将有所减小。用侧收缩系数ε1反映其影响。 故，堰流的基本计算公式应为： 若堰流为自由出流时，取σ=1；若堰流为无侧收缩时，取ε1 =1。 B A 宽顶堰流 堰顶长度 第二节 薄壁堰流的水力计算 薄壁堰流具有稳定的水头～流量关系，因此，常被作为水力模型实验和野外测量中的一种有效易行的量水设备。根据其堰口形状，薄壁堰又可分为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰、梯形薄壁堰和比例薄壁堰。 一、矩形薄壁堰流 无侧收缩、自由出流时的流量计算公式为 为便于使用直接测得的堰上水头H计算流量，可将式中行近流速水头的影响归集于流量系数中一并