《流体力学堰流》PPT课件

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1、流体力学教研室：环境与市政工程系水力水文教研室堰流第九章学习重点：掌握堰流分类及相关概念；掌握宽顶堰、薄壁堰和实用堰水力计算；（3）能量损失计算式。（1）能量方程；（2）总流的连续性方程；任务：计算过流量Q。依据：§9—1概述1、堰：在明渠缓流中设置障壁，它即能壅高渠中的水位，又能自然溢流，一种既可蓄又可泄的溢流设施。2、堰流：缓流经明渠上的泄水构筑物时，越过阻水的堰墙溢出流动的局部水力现象。一、堰和堰流堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大；在堰顶上由于水深变小，流线收缩，速度变大，使动能增大；势能转化为动能，水面下跌。堰流一般从缓流向急流过渡，形成急变流。因此，堰流的水力

2、计算主要是局部阻力，其沿程阻力可忽略。水流在流过堰顶时，一般在惯性的作用下均会脱离堰（构筑物），在表面张力的作用下，具有自由表面的液流，水流会收缩。3、堰流的水力特性如下：研究堰流的主要目的：探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。堰流的基本特征量（图9-1）1.堰顶水头H；2.堰宽b；3.上游堰高P、下游堰P1；4.堰顶厚度δ；5.上、下水位差Z；6.堰前行近流速υ0。（图9-1）宽顶堰：δH<0.67薄壁堰：实用堰：δH<2.50.67<δH10>>2.5δ（1）依据堰顶厚度：H二、堰的分类（2）依据水流行近堰体的条件：1>侧收缩堰（b无侧收缩堰（

3、b=B）。Bb1>正堰vv3>侧堰v2>斜堰（3）依据堰与渠道中水流的方向：（4）依据堰口的形状：1>三角堰3>梯形堰2>矩形堰1>自由式；2>淹没式。4>流线形堰（5）依据下游水位是否影响泄流：§9—2宽顶堰溢流小桥过水、无压短涵管、分洪闸、泄水闸等一般都属于宽顶堰水流计算。1、水力现象分析：（1）当Hδ<42.5<时，堰顶水面只有一次跌落，堰坎末端偏上游处的水深为临界水深hcr。工程中常见的是第二种宽顶堰时，堰顶水面出现两次跌落，Hδ<104<（2）当其水深为：hc≈（0.8～0.92）hcr在最大跌落处形成收缩断面，一、自由式无侧收缩宽顶堰主要特点：进口不远处形成一收

4、缩水深，此收缩水深小于堰顶断面的临界水深，以后形成流线近似平行于堰顶的渐变流，水面在堰尾第二次下降，如图9-2。1.自由式无侧收缩宽顶堰的流量公式取1-1，2-2断面写能量方程：令则令，则得宽顶堰的流量公式：式中：——堰进口处的局部水头损失；——流速系数，m——堰流量系数，。一般地，m值在0.32-0.38之间。2.流量系数的计算别列津斯基（前苏联，1950）根据实验，提出流量系数m的经验公式：当时：直角边缘进口：m=0.32，圆角进口：m=0.36当时：直角边缘进口：直角边缘修圆：二、侧收缩宽顶堰（b

5、状（以墩形系数a表示）有关。A为墩形系数，矩形墩a=0.19，圆弧墩a=0.10三、淹没式宽顶堰判别条件:必要条件：hs>0充分条件：流量公式：式中，δs为淹没系数。随淹没程度hs/H0的增大而减小，见表9-1。例：某矩形断面渠道，为引水灌溉修筑宽顶堰（如图）。已知渠道宽B=3m，堰宽b=2m，坎高P=P1=1m，堰上水头H=2m，堰顶为直角进口，单孔，边墩为矩形，下游水深h=2m。试求过堰流量。解:（1）判别出流形式hs=h-P=1m>0 ——必要条件——充分条件满足淹没溢流必要条件，但不满足充分条件，为自由式溢流。b

6、堰。（2）计算流量系数m:堰顶为直角进口，P/H=0.5<3，则（3）计算侧收缩系数（4）计算流量：自由溢流有侧收缩宽顶堰其中用迭代法求解Q，第一次取H0(1)≈H第二次近似，取第三次近似，取本题计算误差限值定为1%，则过堰流量为Q=Q(3)=8.48m3/s§9—3薄壁堰和实用堰溢流薄壁堰和实用堰虽然堰型和宽顶堰不同，但堰流的受力性质（受重力作用，不计沿程阻力）和运动形式（缓流经障壁顶部溢流）相同，因此具有相似的规律性和相同结构的基本公式。1、矩形薄壁堰一、薄壁堰1）.基本公式因水流特点相同，基本公式的结构形式同式。对于自由式溢流为了能以实测的堰上水头直接求得流量，将行近

7、流速水头的影响计入流量系数内，则基本公式改写为式中m0是计入行近流速水头影响的流量系数，需由实验确定。1898年法国工程师巴赞提出了相关的经验公式。2）.无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：m0采用巴赞公式计算：公式适用范围：b=0.2-2.0m，P=0.24-0.75m，H=0.05-1.24m，式中H、P均以m计。3）.有侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：4.矩形薄壁堰的淹没判别条件（如图）1）堰下游水位高出堰顶标高，即zhc’’——充分条件淹没