堰顶溢流和孔流1.doc

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1、第12章堰顶溢流和孔流12.1知识要点12.1.1堰流1.堰的特点及分类顶部溢流的泄水建筑物称为堰。通过堰顶而具有自由表面的水流称为堰流。堰流的特点：1）水流在重力作用下由势能转化为动能，水面线是一条光滑的降水曲线。2）堰顶上流线急剧弯曲，属急变流动，计算中只考虑局部水头损失。3）堰属于控制建筑物，用于控制水位和流量。2.堰的分类根据堰墙厚度与堰上水头H比值的不同，可以把堰分为薄壁堰、实用堰和宽顶堰。当时，叫做薄壁堰，薄壁堰又叫做锐缘薄壁堰。当时，叫做实用堰，实用堰堰顶形式有曲线形和折线形。当时，叫做宽顶堰。3.堰流和闸孔

2、出流的区别设闸门的开度为，对于宽顶堰底坎，当属于堰流；对于实用堰底坎，当属于堰流。4.堰流的基本公式（12.1）式中为流量系数；为堰上总水头。该式适合于薄壁堰、实用堰和宽顶堰。为了便于根据实侧堰上水头来计算流量，式（12.1）可以改写成（12.2）式中，为包括行近流速影响的流量系数。当考虑到下游水位的淹没作用和侧收缩的影响，可以在式（12.1)中乘以淹没系数和侧收缩系数，则流量计算公式为　（12.3）6.不同堰的流量系数薄壁堰：1）三角形薄壁堰国际标准关于三角形薄壁堰的流量公式为（12.4）（12.5）式中，为流量系数；为

3、三角形的夹角；为考虑粘滞力和表面力综合影响的校正值，当时，=0.00085m，当时，值可用下式计算（12.6）对于流量系数，它是堰高、堰上水头、行近渠槽宽度和堰顶角的函数。对于90°的直角三角形薄壁堰，流量系数与和的关系见图12-1。对于堰口角度不等于90°的三角形薄壁堰，流量系数与堰口角度的关系见图12-2。图12-1流量系数与和的关系图12-2流量系数与堰口角度的关系三角形薄壁堰的应用条件：1）之间；2）当时，和应限制在图4-1的围，对于的其它角度，值不大于0.35，在0.1~1.5之间；3）不小于0.06m，不小于0

4、.09m。三角形薄壁堰的其他流量公式对于的三角形薄壁堰，常用的有汤普森（Cthompson）公式（12.7）上式的适用条件为，，。H·W·金（H·W·Fing）公式（12.8）上式的适用条件为，，。日本沼知·黑川·渊泽公式（12.9）上式的适用条件为，，。对于60°的三角形薄壁堰，有下面的经验公式（12.10）式中，的单位为cm，流量的单位为。三角形薄壁堰的淹没出流薄壁堰发生淹没出流的条件有两个方面，一是下游水位超过堰顶高度；二是下游发生淹没水跃，对于直角三角形薄壁堰，淹没出流的流量公式为（12.11）式中，为淹没系数，可

5、用下式计算（12.12）2）矩形薄壁堰（1）等宽矩形堰等宽矩形堰没有侧收缩，堰顶与所在渠道的宽度相同。国际标准的公式为（12.13）上式的适应条件为，，，。矩形等宽薄壁堰的其他公式矩形等宽薄壁堰亦可用式（12.2）计算，式中的流量系数的计算公式有巴赞公式（12.14）上式的适应条件为，，。雷伯克公式（12.15）上式的适应条件为，，。还有直接计算流量的公式，这些公式很多，在此推荐两个公式雷伯克公式（12.16）上式的适应条件为，。英国水力实验站公式（12.17）上式的适应条件为，，，水尺位置为。（2）有侧收缩的矩形薄壁堰有

6、侧收缩的矩形薄壁堰是指堰宽与行近渠槽宽度之比的堰，如图12-3所示。有侧收缩的堰的流量计算公式为（12.18）式中，由式（12.5）计算。为有效宽度，可表示为（12.19）图12-3（12.20）式中系数和值随的变化列于表12-1中。表12-1、和值（的单位为mm）b/B01.00.90.80.70.60.40.200.6020.5980.5960.5940.5930.5910.5880.5870.0750.0640.0450.0300.0180.005-0.001-0.002Kb-0.00090.00370.00420.

7、00390.00360.00270.00240.0024如果用式（12.2）计算流量，则流量系数的计算公式有巴赞公式：（12.21）板谷-手岛公式（12.22）上式的适应条件为，，，。还有直接计算的流量公式，如肯斯瓦特-卡特公式（12.23）上式的适应围为，，，，。矩形薄壁堰的淹没出流根据实验，矩形薄壁堰发生淹没出流的条件为：1）下游水位高于堰顶；2）下游发生淹没水跃的条件为（12.24）式中，为上下游水位差；为下游堰高；为的临界值，可按比值由图12-4查算。图12-4矩形薄壁堰淹没出流可按下式计算，即（12.25）式中淹

8、没系数为（12.26）也可用维勒芒泰公式计算，即（12.27）式中为淹没出流时的流量；为同一上游水头作用下的自由出流的流量。（3）梯形薄壁堰的水力计算梯形薄壁堰如图12-5所示。实验表明，当，即时，西坡列梯（Cippoletti）得出的流量公式为（12.28）式中，为堰底宽度。上式适用的条件为，，，。当