文档介绍：第八章堰流及闸孔出流水利工程中,为防洪、灌溉、航运、发电等要求,需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如,溢流坝、水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。堰是顶部过流的水工建筑物。图1、2 中过堰水流均未受闸门控制影响 H 00 v 0图1堰流 bH图2堰流图4闸孔出流 e H 00 闸孔出流:过堰水流受闸门控制时,就是孔流堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强,而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位;在重力作用下形成水流运动;明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲,有离心力;出流过程的能量损失主要是局部损失。相对性: 堰流和孔流是相对的, 堰流和孔流取决于闸孔相对开度, 闸底坎及闸门( 或胸墙) 型式以及上游来流条件(涨水或落水)。平顶堰: e /H≤ 孔流曲线型堰: e/H ≤ 孔流 e/H > 堰流 e/H > 堰流式中: e为闸孔开度; H为堰上水头堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象,其水力计算的主要任务是研究过水能力。它包括堰闸出流水力特性和堰闸水力计算。第一节堰流的分类及水力计算基本公式一、堰流的分类水利工程中,常根据不同建筑材料,将堰作成不同类型。例如,溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型;实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。堰外形、厚度不同,能量损失及过水能力不同。 be 00图3堰流及闸孔出流 H 当水流接近堰顶,流线收缩,流速加大,自由表面逐渐下降 HP 1v 01 11v 1P 2 0δ 0 图5薄壁堰堰前断面:堰上游水面无明显下降的 0-0 断面堰上水头:堰前断面堰顶以上的水深,用 H 表示行进流速:堰前断面的流速称为行进流速,用 v 0 表示堰前断面距离上游壁面的距离: L=(3~ 5)H 研究表明,流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ/H 而变,工程上,按δ与 H 的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 1. 薄壁堰: δ/H< 越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响,水舌下缘与堰顶为线接触,水面呈降落线。由于堰顶常作成锐缘形,故薄壁堰也称锐缘堰。 2. 实用堰流: <δ/H< 水利工程,常将堰作成曲线型,称曲线型实用堰。堰顶加厚,水舌下缘与堰顶为面接触, 水舌受堰顶约束和顶托,已影响水舌形状和堰的过流能力。折线型实用堰:水利工程,常将堰作成折线形。 3. 宽顶堰: <δ/H< 10 宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。水流特征:水流在进口附近的水面形成降落;有一段水流与堰顶几乎平行;下游水位较低时,出堰水流二次水面降。 4. 明渠水流:堰坎厚度δ> 10H P 1δ i> iKK H图9明渠水流 00 v 0Hδ 11图6曲线型实用堰 P v v 0H 00 P 11 δ图7折线型实用堰 H 00 PP vδ 11 v图 8宽顶堰二、堰流水力计算的基本公式 HP 1v 01 11v 1P 2 0δ 0 对堰前断面 0-0 和堰顶断面 1-1 列能量方程基准面:通过堰顶的水平面分析: 0-0 断面为渐变流, 1-1 断面为急变流(流线弯曲) g vpzHg vH2 )(2 21110 200???????????①式中: ? pz?为 1-1 断面测压管水头的平均值; v 0为 0-0 断面的平均流速; v 1为 1-1 断面的平均流速; ζ为局部阻力系数令0p z H ??? ?,则①式可变为 2 1 1 0 0 1 ( ) 2 v H H g ?? ??? ??②由②式得 1 0 0 11 2 ( ) ( ) v g H H ?? ?? ??令b kH A 01?,其中 k 为系数,则 2 301 001 0121)(2Hgb kHHg b kH AvQ?????????????③再令:流速系数????? 11 ;流量系数??????????11 1k km 则③式可变为 2 302Hg mb Q?④由④式可知: 2 30HQ?影响流量系数的主要因素????,,),,(kkmm???——反映局部水头损失的影响。包括:堰顶水头、上游堰高 P1 、堰顶口边缘形状等 k ——反映堰顶水流垂直收缩程度( 1-1 断面水舌厚度 kH ) ?——代表堰顶断面平均测压管水头与堰顶全水头之比侧向收缩影响有的堰顶过流宽小于上游渠宽;堰顶设闸墩及边墩,引起水流侧向收缩, 降低过流能力,用侧收缩系数?反映其影响。下游水位的影响堰下游过高会影响过