流体力学讲义 第十章 堰流

第十章 堰流 堰流就是明渠缓流由于流动边界急剧变化而引起得明渠急变流现象。本章主要介绍各类堰流得水力特征、基本公式、应用特点及水力计算方法。概 述一、堰与堰流 堰:在明渠缓流中设置障壁,它既能壅高渠中得水位,又能自然溢流,这障壁就称为堰。 堰流(weir flow):缓流越过阻水得堰墙溢出流动得局部水流现象称为堰流。 选择:堰流特定得局部现象就是: A、缓流通过障壁; B 、缓流溢过障壁 ; C、急流通过障壁; D、急流溢过障壁。 讨论堰流得主要目得: 探讨流经堰得流量 Q 及与堰流有关得特征量之间得关系。 堰流得基本特征量(图 10-1) 1、堰顶水头 H; 2、堰宽 b; 3、上游堰高 P、下游堰高 P1; 图 10-1 4、堰顶厚度 δ; 5、上、下水位差 Z; 6、堰前行近流速 υ0。 二、堰得分类 1、根据堰壁厚度 d 与水头 H 得关系,如图 10-2: 图 10-2 图 10-32、根据上游渠道宽度 B 与堰宽 b 得关系,图 10-4: 3、根据堰与水流方向得交角: 图 10-4 4、按下游水位就是否影响堰流性质: 5、按堰口得形状: 堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。 三、堰流及孔流得界限 1、堰流:当闸门启出水面,不影响闸坝泄流量时。 孔流:当闸门未启出水面,以致影响闸坝泄流量时。 2、堰流与孔流得判别式 (1)宽顶堰式闸坝 堰流: e/H ≥0、65 孔流: e/H <0、65 (2)有用堰式闸坝(闸门位于堰顶最高点时) 堰流: e/H ≥0、75 孔流: e/H <0、75 式中: e——闸门开启高度; H——堰孔水头。 推断:从能量角度瞧,堰流与闸孔出流得过程都就是一种势能转化为动能得过程。对 第一节 堰流得基本公式一、堰流基本公式推导(图 10-7) 由大孔口得流量公式(7-6) 及,并考虑上游行近流速得影响,令 图 10-6 得堰流得基本公式: (10-1) 式中:m——堰流流量系数,m=。 二、堰流公式 图 10-7 若考虑到侧收缩影响及淹没影响,则堰流公式为: (10-2) (10-3) 式中:——淹没系数, ≤1、0; ——侧收缩系数, ≤1、0 。 m0——计及行近流速得流量系数第二节 薄壁堰 薄壁堰(如图 10-8)主要用途:用作量水设备。薄壁堰口得横断面形状不同,相应得流量系数也不同。 图 10-8一、矩形薄壁堰 1、 基本公式 (10-4) 2、无侧收缩、自由式、水舌下通风得矩形正堰: 采纳巴赞公式计算: (10-5) 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。 初步设计时,取,则: (10-6) 3、 有侧收缩...