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流体力学第七章堰流.ppt

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流体力学第七章堰流.ppt

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流体力学第七章堰流.ppt

文档介绍

文档介绍:§7-1 堰流的定义及类型
水流受到堰体的阻挡,或者受两侧墙体的约束影响,在堰体上游产生壅水,水流经堰体下泄,这一局部水流现象称为堰流。
堰流的能量损失主要是局部水头损失,沿程水头损失可忽略不计。
第一页,共43页。
堰流的类型空,过流能力最大。但实际中不可能完全吻合。原因:水位波动,水舌不稳定(紊动影响)。
第十四页,共43页。
实际采用的剖面形状是按薄壁堰下游水舌下缘曲线稍加修改而成。
第十五页,共43页。
WES剖面
该剖面用曲线方程表示,便于控制,堰剖面较瘦可节省工程量,堰面压强较理想,负压不大,对安全有利。
第十六页,共43页。
y
R1
R2
R3
x
x
y
y /Hd= k ( x/Hd )n


O

式中,k,n取决于堰上游面AB的斜率。当上游面为垂直时 ,。
Hd为不包括行近流速水头的设计水头
第十七页,共43页。
堰剖面曲线的坐标值取决于设计水头Hd 。
两种极端情况:
(1)Hd=Hmax可保证堰面不出现负压,但 H<Hd时,堰面压强为正;流量系数减小;堰剖面偏肥,不经济。
(2)如果Hd= Hmin,可得到较经济剖面。但H>Hd,堰面产生较大负压,严重时危及坝安全。
第十八页,共43页。
工程中经常采用:
P1 /Hd ≥时, Hd~) Hmax
P1 /Hd <时, Hd~) Hmax
第十九页,共43页。

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。
m = m (P1/Hd,H0/Hd,堰上游面坡度)
第二十页,共43页。
堰上游面垂直的WES剖面:
高堰:P1/Hd≥
m=f(H0/Hd)
不计行近流速水头
设计流量系数 md
H0/Hd=1,m=md
H0/Hd<1,m<md
H0/Hd>1, m>md
第二十一页,共43页。
低堰:P1/Hd<,行近流速加大,设计流量系数。
第二十二页,共43页。
侧收缩系数用于考虑边墩及闸墩对过水能力影响。
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。

第二十三页,共43页。
实际工程中,实用堰由闸墩和边墩分隔成数个等宽堰孔。
d
b’
b’
b’
边墩
边墩
闸墩
闸墩
第二十四页,共43页。
侧收缩系数ε与闸墩和边墩头部形状、溢流孔数、堰上水头、溢流宽度有关。
第二十五页,共43页。
堰下游可为
自由出流: 过流能力不受下游水位影响
淹没出流: 过水能力降低
当下游水位高过堰顶至某一范围时, 堰顶下游水位高于堰顶,堰下游为淹没水跃,过堰水流受下游水位顶托。

第二十六页,共43页。
有侧收缩实用堰淹没出流的流量计算
σs:淹没系数,表示淹没出流对过流能力的影响,与hs/H0 、P2/H0 有关。
第二十七页,共43页。
hs/H0(hs从堰顶算起的下游水深)
hs越大,下游水位的顶托作用越大,对过流能力影响越大。
P2 /H0 (P2下游堰高)
当下游河床较高,P2/H0 较小时,即使下游水位低于堰顶,过堰水流也会受下游河床影响,产生类似的淹没效果,降低
过流能力。
第二十八页,共43页。
当hs/H0 ≤且P2/H0≥时,自由出流 ;
当hs /H0>或P2/H0 ≤ 2时,淹没出流 。
第二十九页,共43页。
三、宽顶堰的水力计算
<δ/H≤10时,进口处形成水面跌落,堰顶范围内产生一段近似平行于堰顶的渐变流动,称宽顶堰流。
第三十页,共43页。
有坎宽顶堰流
底坎引起水流在垂直方向收缩。
无坎宽顶侧向收缩,堰流
由于进口水面跌落,产生宽顶堰。例如,当水流进入涵洞或隧洞进口流,施工围堰束窄的河床,经过桥墩之间的水流。
第三十一页,共43页。
(1)有坎宽顶堰流的水力计算
有坎宽顶堰出流会产生垂直、侧向收缩,还受下游水位影响。
有坎宽顶堰流水力计算的基本公式为
第三十二页,共43页。
1)流量系数
流量系数取决于堰顶进口形式、堰的相对高度P1/H。
堰顶入口为直角的宽顶堰
第三十三页,共43页。
堰顶入口为圆弧形的宽顶堰
第三十四页,共43页。
2)侧收缩系数
影响侧