水力学教案——堰流和闸孔出流(中职教育)

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1、第八章堰流和闸孔出流第一节概述一、堰流及闸孔岀流的概念堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部口由下泄。闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。二、堰流及闸孔出流的水流状态比较1、堰流和闸孔出流的区别：堰流的水而线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水而是不连续的。由于边界条件的这种差界，它们的水流特征及过水能力也不相同。2、堰流和闸孔出流的相同点：引起壅水，然后水面降落，是在重力作川下形成的一种水流运动，都是从势能转化为动能的过程。都属于明渠急变流，主要是局部水头损失。3、堰流和闸孔出流的转化：闸底坎为平顶堰时:—

2、<0.65时为闸孔出流;—>0.65时为堰流。HH闸底坎为Illi线型堰时：—<0.75时为闸孔出流；—>0.75时为垠流。HH式中，c为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸両水深。第二节堰流的类型及水力计算公式一、堰流的类型定义：垠前断面，垠顶水深，行近流速。垠前断面距上游壁曲的距离：1=（3〜5）H1.薄壁堰流：—<0.67,水舌形状不受垠坎厚度的影响，与垠顶呈线接触，水而呈H单一的降落曲线。此时堰顶常为锐缘形。2.实用堰流：0.67<—<2.5,水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受堰顶的压缩与顶托,H但影响不人，水流还是在重力作用下的自由跌落。常用曲线形或折线形。3.宽顶堰流：2

3、.5<210时，沿程水头损失不能忽略，水流不属于堰流，而是明渠水流。H二、堰流的基本公式用能量方程求解。列堰前断面与堰顶断面的能量方H+a(,V°:二(Z+£)+S

4、•2gY2g"+“必2-为堰上全水头。（"厶二刁2g/V乙则：—+吋堰顶宽度为b,水舌厚度为kH（）（k为堰顶水流垂向收缩系数），则:Q=kH°bV二kH°b」_』2gH-0二俅莎H(严=mb^H()3/2式屮0为流速系数；m为流量系数。QsH严。流量系数:m=

5、还与堰的边界条件有关。自由出流/淹没出流；有侧收缩垠/无侧收缩垠。则：Q=crss{mb^2gHj12第三节薄壁堰流的水力计算-般用作量水工具。一.矩形薄壁堰流p◎匸h.b=B1m0为包含行近流速彩响在内的流矩形薄壁垠无侧收缩H由堰流时，水流稳定，测量精度最咼。要满足：A堰宽与上游渠宽相同；B下游水位低于堰顶（保证自由出流）；C堰上水头不能太小，一般H>2.5cm（以免除表面张力的彩响）；D水舌下面与人气相通（避免形成真空）。流量公式为：Q=mb^H^2=m.b^H3/2最系数,“）=0.403+0.0532+22221,单位全部用米，片为上游堰高。适用条件为:PHH>

6、0.025m,—<2,P.>0.3m。片二、直角三角形薄壁堰流用于流量较小时。流量公式：Q=C.H5,2Co=1.354+^^+（0.14+菲）（乡—0.09）2，流量以AH’/s计,其余以米计。适用范围:0.5m

7、，避免水流直冲河床；并有利于下游的消能。反弧半径：H较大厂=（0.5〜1.0）（匕+“逊）；H较小—（0.25~0.5）（%+z唤）堰顶Illi线段BC：对水流特性的彫响最大，是设计Illi线型实用垠剖面的关键。曲线BC与薄壁堰自由出流的水舌下缘吻合，水舌不受堰而形状影响，堰而压强为大气压；曲线BC突出于水舌下缘，堰面将顶托水流，水舌不能保持原冇形状，堰面压强大于大气压，过水能力降低；Illi线BC低于水舌下缘，脱离处空气被水流带走，垠面形成负压区，过水能力增人。二、工程中常用的曲线型实用堰1、克■奥堰2、WES堰（图8-7）WES垠的标准剖曲WES堰的堰顶下游：（丄）=

8、0.5（—）*85,Hd为设计水头。兀Hd堰顶上游由三段复合圆弧组成。设计水头：血=（0.75~0.95）H皿，其原则是有较大的流量系数，又没有过大的负压。三、WES堰的剖面设计1、首先确定剖面设计水头Hd，堰高比，P2,堰下游的坡比g，及其夹角反弧半径R。2、以堰顶最高点为处标原点O,Ox水平轴以指向下游为正，Oy铅垂轴以向下为正。由命“5$严计算出堰顶曲线*段的坐标,可以点绘出堰面曲缘根据图8-7的数据，绘出垠顶上游段B0的三段复合圆弧及垂玄堰墙。3、确定堰顶下游Illi线段与直线段的切点C的坐标，按下式计算:=xc+mc