哈工大水力学课件第9章 堰流(彩色).pdf

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1、第9章堰流¢§9.1堰流及其特征¢§9.2宽顶堰溢流¢§9.3薄壁堰和实用堰溢流1§9.1堰流及其特征一、堰和堰流堰：在明渠缓流中为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁就称为堰。堰流（WeirFlow）：缓流越过阻水的堰墙溢出流动的局部水流现象(急变流)称为堰流。研究主要目的：探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。堰流应用：泄水建筑物、溢流集水设备和量水设备、流量量测设备。2§9.1堰流及其特征L=(3~5)H堰流的基本特征量：H水舌ZδPV01、堰上水头H；P'h2、堰宽b；3、上游堰高P、下游堰高P’；4、堰顶厚度δ；5、上、下游水位差Z；6、堰前

2、行近流速V。03§9.1堰流及其特征二、堰的分类1.根据堰顶厚度δ与堰上水头H的关系：薄壁堰（Thin-wallWeir）（δ/H<0.67）无沿程水头损失h。f堰实用堰（OgeeOgeeWeWeir）（0.67<δ//.H<2.55）一次跌落，可忽略h。f宽顶堰（Broad-crestWeircrestWeir）（25<2.5<δ/H<10）二次跌落，可忽略h。f4§9.1堰流及其特征5§9.1堰流及其特征6§9.1堰流及其特征2.根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系：B侧收缩堰（b

3、）堰淹没式堰流（影响）7§9.2宽顶堰溢流一、自由式无侧收缩宽顶堰主要特点：进口不远处形成一收缩水深h，此收缩水深小于堰顶断面的临界水深h（堰上水流呈急流状态），以后形c成流线近似平行于堰顶，水面在堰尾第二次下降，与下游衔接。122α00υ2gH0Hcchc0hch自由出流vs0P21δ8§9.2宽顶堰溢流列1-1，2-2断面能量方程：222αυαυυ00Hh+=++ζc022gg2g2=+α0υ0=1.0令HH，α02g2Hh(1)υ则−=+ς00c2g12(gHh)2(gHh)υ=−=ϕ−100cc00+ς令k=h/H，则得宽顶堰的流量公式：c003/23/2

4、QA==υbhϕϕ2(gH−=h)bk1−k2gH=mb2gH00c009§9.2宽顶堰溢流2υ式中ζ2g——堰进口处的局部水头损失；1ϕ——流速系数ϕ=1+ζm——堰流量系数m=ϕk1−k。一般地，m值在0.32~0.385之间。二、淹没的影响∑堰上水流呈缓流状态122αυ02g淹没出流H0HcchQvhhscv0P21δ10§9.2宽顶堰溢流hs判别条件：≥≈0.75~0.850.8H0淹没溢流由于受下游水位的顶托，堰的过流能力降低。淹没的影响用淹没系数σ表示，随淹没程度的增大而减小。s3Qmbg2H2Qm=σbg2Hs0三、侧收缩的影响堰宽小于上游渠道宽b＜

5、B，堰的过流能力降低。侧收缩的影响用收缩系数ε表示3Qmbg2H2=ε0ε与相对堰高p/H，相对堰宽b/B，墩头形状有关。11§9.3薄壁堰和实用堰溢流薄壁堰和实用堰相同之处：堰流的受力性质（重力，不计沿程阻力）和运动形式（缓流经障壁顶部溢流）。12§9.3薄壁堰和实用堰溢流一、薄壁堰溢流1矩形薄壁堰3/2QmbgH=20m0是计入行进流速水头影响的流量系数2三角形薄壁堰5/2oQ=1.4Hθ=90,H=−0.050.25m2.47oQH=1.343θ==−90,H0.250.55m13§9.3薄壁堰和实用堰溢流二、实用堰溢流3Qm=bgH220m：曲线型实用堰取

6、0.45；折线型实用堰取0.35~0.42淹没影响(0h>)s3Qmb2gH2=σs0侧收缩影响()bB<3QbHQmbg2020H2.885500.9955=εε=014本章小结1.堰和堰流2.堰的分类薄壁堰（δ/H<0.67）实用堰（0.67<δ/H<2.5）宽顶堰（2.5<δ/H<10）3.宽顶堰溢流3/23/2Q==Aυϕbh2(gH−=h)bkϕ1−k2gH=mb2gH00c004.薄壁堰溢流3/2矩形薄壁堰QmbgH=025/2oQH=1.4θ==−90,H0.050.25m三角形薄壁堰2.47oQH=1.343θ==−90,H0.250.55m5

7、.实用堰溢流3Qm=bgH22015