《水力学》课程教学资源（PPT课件）第八章 堰流和闸孔出流

第八章堰流、闸孔出流和桥、涵过流的水力计算概述堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能雍高渠中的水位，又能自然溢流，这障壁就称为堰堰流（WeirFlow）：缓流越过阻水的堰墙溢出流动的局部水流现象流动称为堰流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。返回课目返回书目

1 第八章 堰流、闸孔出流和桥、涵过 流的水力计算 概述 堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水 位，又能自然溢流，这障壁就称为堰。 堰流（Weir Flow）：缓流越过阻水的堰墙溢出流动 的局部水流现象流动称为堰流。 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

堰流的基本特征量堰顶水头H；录像2、堰宽b;3、上游堰高P1、下游堰高P1;L=(3~5)H4、堰顶厚度8；水舌5、上、下水位差Z;Z6、堰前行近流速Vo。PiVoP2返回课目返回书目

2 堰流的基本特征量 1、堰顶水头 H； 2、堰宽 b； 3、上游堰高P1、下游堰高P1； 4、堰顶厚度 ； 5、上、下水位差Z； 6、堰前行近流速v0。 H P1  v0 Z h P2 水舌 L=(3~5)H

3第一节堰流的分类及水力计算基本公式图片1、根据堰壁厚度8 与水头H的关系：矩形堰三角形堰(8/H<0.67)薄壁堰(Thin-wallWeir)梯形堰无沿程水头损失hf。折线型实用堰堰曲线型实用堰实用堰(0.67<8/H<2.5)(Ogee Weir)复合型实用堰一次跌落，可忽略hf。(2.5<8/H<10)宽顶堰(Broad-crestWeir)二次跌落，可忽略hfo77777777777777772.5<8<100.67<8<2.5H返回课目返回书目

3 第一节 堰流的分类及水力计算基本公式 1、根据堰壁厚度  与水头 H 的关系： 堰 薄壁堰（Thin-wall Weir）（/H<0.67） 无沿程水头损失hf。 实用堰（Ogee Weir）（0.67</H<2.5 ） 一次跌落，可忽略hf。 宽顶堰（Broad-crest Weir）（2.5</H<10 ） 二次跌落，可忽略hf。 矩形堰 三角形堰 梯形堰 折线型实用堰 曲线型实用堰 复合型实用堰 0.67   2.5H 2.5  10

2、根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系：(b<B)侧收缩堰堰(b=B)无侧收缩堰B3、根据堰与水流方向的交角正堰H侧堰堰斜堰4、按下游水位是否影响堰流性质：(不影响自由式堰流堰（影响）淹没式堰流5、按堰口的形状堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。返回课目返回书目

4 堰 侧收缩堰（b<B ） 无侧收缩堰（b=B ） 堰 正堰 侧堰 斜堰 2、根据上游渠道宽度 B与堰宽 b的关系： 3、根据堰与水流方向的交角： B H b 4、按下游水位是否影响堰流性质： 堰 自由式堰流 （不影响 ） 淹没式堰流 （影响 ） 5、按堰口的形状： 堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰

6堰流及孔流的界限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、堰流和孔流的判别式e/H≥0.65堰流：(1)宽顶堰式闸坝孔流：e/H<0.65(2)实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）e/H≥0.75堰流：e/H<0.75孔流：式中：闸门开启高度：eH堰孔水头。返回课目返回书目概述

6 • 堰流及孔流的界限 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、堰流和孔流的判别式 （1）宽顶堰式闸坝 （2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时） 堰流： e/H0.65 孔流： e/H<0.65 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。 概述

堰流基本公式推导由大孔口的流量公式H2g(H3/2 -H3/2H2uby1及H,=0, H,=H。并考虑上游行近流速的影响，水舌H, = H+ αou?2g得堰流的基本公式：P/2gH3/2=mby式中：堰流流量系数m返回课目返回书目

7 由大孔口的流量公式 2 ( ) 3 2 3/ 2 1 3/ 2 Q = b g H2 − H 及 1 2 0 H H H = = 0， 并考虑上游行近流速的影响，令 g H H 2 2 0 0 0  v = + 得堰流的基本公式： 3/ 2 Q = mb 2gH0 • 堰流基本公式推导 H P  V0 Z P' h 水舌 c c H H1 2 u 式中： m——堰流流量系数，  。 3 2

8堰流公式若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：Q=0mb/2gH3/23/2或考虑淹没Q=omb/2gHQ=emgb/2gH3/2Q = mb /2g H.3/2或考虑侧收式中： —淹没系数，α≤1.0;侧收缩系数，ε≤1.0。mo一计及行近流速的流量系数。返回课目返回书日

8 3/ 2 3/ 2 0 0 3/ 2 3/ 2 0 0 2 2 2 2 Q m b gH Q mb gH Q m b gH Q mb gH     = = = = 或 考虑淹没 或 考虑侧收 式中： ——淹没系数， ≤1.0； ——侧收缩系数，  ≤1.0 。 m0——计及行近流速的流量系数。 • 堰流公式 若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：

9第二节薄壁堰流的水力计算矩形薄壁堰1、二、三角形堰三、梯形薄壁堰返回课目返回书目

9 一、矩形薄壁堰 二、三角形堰 三、梯形薄壁堰 第二节 薄壁堰流 的水力 计算

10薄壁堰主要用途：用作量水设备。薄壁堰口的横断面形状不同，相应的流量系数也不同。录像溢流水舌通气孔品返回课目返回书目

10 薄壁堰主要用途：用作量水设备。 薄壁堰口的横断面形状不同，相应的流量系数也不同

11矩形薄壁堰一、基本公式Q= mob/2gH3/2无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：m。采用巴赞公式计算：0.0027mo =(0.405 + )[1 +0.55(HH+P式中H公式适用范围：b≤2.0m，P≤1.13m，H≤1.24m，P均以m计。初步设计时，取 m。= 0.42，则：Q = 0.42b /2g H 3/2 = 1.86bH3/2(m2 / s)出现侧收缩Amo = (0.405 + 0.0027 - 0.03 B=b)[1 + 0.55(()2HBH+P返回课目返回书目

11 一、矩形薄壁堰 • 无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰： 初步设计时，取 m0 = 0.42 ，则： 0.42 2 1.86 ( / ) 3/ 2 3/ 2 3 Q = b gH = bH m s • 出现侧收缩 0.03 )[1 0.55( ) ( ) ] 0.0027 (0.405 2 2 1 0 B b H P H B B b H m + + − = + − 3/ 2 Q = m0 b 2gH 基本公式 m0 采用巴赞公式计算： )[1 0.55( ) ] 0.0027 (0.405 2 1 0 H P H H m + = + + 公式适用范围：b 2.0m，P 1.13m，H 1.24m，式中H、 P均以m计。   