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1、第八章 堰流及闸孔出流堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。 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。 堰流和闸孔出流的区别：堰流的水面线是光滑的降落曲线；闸孔出流的上下游水面是不连续 的。由于边界条件的这种差异，它们的水流特征及过水能力也不相同。堰流和闸孔出流的共同点：A都是在重力作用下形成的水流运动，都是势能转化为动能的过 程；B流线急剧弯曲，离心惯性力对压强分布及过水能力有一定影响，都是急变流，局部水 头损失占主导地位。堰流和闸孔出流的转化：闸底坎为平顶堰时：三 0.65时为堰流。HHee闸底坎为曲线型堰时：一 0.7
2、5时为堰流。HH式中，e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。8-1 堰流的类型及计算公式一、堰流的类型定义：堰前断面，堰顶水深，行近流速。堰前断面距上游壁面的距离：l = （35）H1. 薄壁堰流：一 0.67，水舌形状不受堰坎厚度的影响，与堰顶呈线接触，水面呈单一H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，但H影响不大，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：2.5 10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程
3、：tt V 2pH +0 0= (z +)y2gV2+ (a + g ) -12g,令 H = H +0V002g堰上全水头。则：H gH00=(tt1V2 + g)f2g即：堰顶宽度为b,水舌厚度为kH0k 为堰顶水流垂向收缩系数），则：=mb x 2 g H 3/2oQ = kH bV = kH b .1 v 2 gH (1 g ) =9 kJ g b 耳2 gH 3/2010“式中9为流速系数；m为流量系数。Q x H 3/2。0流量系数： m = f （9,k,g） ,还与堰的边界条件有关 自由出流/淹没出流； 有侧收缩堰/无侧收缩堰。贝I：Q = Q mb 2gH 3/2s 108-
4、2 薄壁堰流的水力计算一般用作量水工具。一、矩形薄壁堰流矩形薄壁堰无侧收缩自由堰流时,水流稳定,测量精度最高。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H2.5cm （以免除表面张力的影响）；D水舌下面与大气相通（避免形成真空）。（ / _流量公式为：Q = mb ,2gH 3/2 = m b2gH 3/2， m为包含行近流速影响在内的流量系 0 0 0数，m = 0.403 + 0.053 H + 。了 ，单位全部用米，P为上游堰高。适用条件为：0PH11HH 0.025 m ， 0.3m。P11二、直角三角形薄壁堰流用于流量较小时
5、。流量公式： Q = C H 5 / 20C = 1.354 + 0.004 + (0.14 + 22)( - 0.09)2，流量以m 3/s 计，其余以米计。 0Hp B1适用范围：0.5m B 1.2m; 0.1m P 0.75m; 0.07m H 0.26m; H 3 时，m=0.32。H。当 P 3 时，m=0.36。H二、侧收缩系数对单孔宽顶堰（有边墩，无闸墩）：8 = 1 -=4： （1 - ） ； b为闸孔净宽；B为上游渠道宽度；a为墩头形状系数1:p B B030.2 + 廿 HbPbb（矩形时取0.19，圆形时取0.10）。适用于：一0.2;f 3 ；若一 3 取 1 = 3
6、。HH对于多孔宽顶堰（有边墩及闸墩）：取边孔及中孔的加权平均值：（n 1）8 f + 8 8 =1， n为孔数，8 为中孔侧收缩系数（b = b; B = b + d ）； 8 为边孔1n11侧收缩系数（b = bB = b，+ 2A），d为闸墩厚度，&为边墩计算厚度。三、宽顶堰的淹没条件及淹没系数下游水位较低时，自由出流，水流进入堰顶后，产生水面跌落，在进口后约2H处形成 收缩断面，并在出口后产生第二次跌落，在堰顶上的水流为急流状态。当下游水位与KK线齐平时，产生波状水跃，收缩断面保持急流状态。在下游水位上升至高于KK线时，宽顶堰形成淹没出流。且下游水面要高于堰顶水深。淹没条件： h 0.8
7、 H s0h淹没系数：b = f （ l）查表8-2。sH0四、无坎宽顶堰流将侧收缩系数包含在流量系数内一起考虑，m，= 8 m1流量公式：Q = b m by 2gH 3/2s0流量系数m，据进口翼墙的形式及平面收缩程度，查表8-3、8-4及8-5。多孔时，取边孔及 中孔的加权平均值。淹没系数与有坎宽顶堰一样。8-5 闸孔出流的水力计算闸底坎分为宽顶堰（包含无坎宽顶堰）及曲线型实用堰；闸门型式分为平板闸门及弧形闸门。、底坎为宽顶堰型的闸孔出流H为闸前水头，e为闸孔开度。出闸后流线继续收缩，在闸门下游（0.5l）e处形成收缩断面。 收缩断面的水深 h 小于临界水深，水流呈急流状态。在下游发生水
8、跃。c自由出流：（下游超过堰顶的水深）h h，水跃发生在收缩断面上游，过闸流量随下游水深的增大而减小。 tc1底坎为宽顶堰型闸孔自由出流的水力计算列闸前断面与收缩断面的能量方程：即： H = h + (a0ccV 22ga V 2a V 2H +0 0= h + c c + h ，2 g c 2 g wH为闸前全水头。贝I：V =g2 g （H - h ）0c0c其中9 =为流速系数。a + gc则：Q =9bh 2g(H - h )，令：h = ec0cc2Q =卩 be 2g (H - e)=卩be 2gH ， Q x H 1/20 0 2 0 0e 其中卩= 9 ；卩=9 1-，均为闸孔
9、自由出流的流量系数。0222 HL0流量系数卩的影响因素有：闸底坎的形式、闸门的类型和闸门的相对开度。9与闸空入口 的边界条件有关，对平底堰： 9 = 0.95 1.0 ，（对有坎堰： 9 = 0.85 0.95 ； 2与闸门形 式及e/H的关系可由表8-7及表8-8得。由于闸孔出流时，边墩及闸墩对流量的影响很小，因此不单独考虑其影响。（ 1 ）平板闸门：e卩=0.60 一 0.176 H（2）弧形闸门：a a e卩=（0.97 - 0.18 ） - （0.56 - 0.81 ） 一 ，a为闸门下缘切线与水平线的夹角180 180 Hc-ecosa =，R为闸门的半径，c为闸门转轴距堰顶的距离。适用于：Re25 a 90 ;0 0.65 .H注意:同样的 e/H 时, 弧形闸门的流量系数大于平板闸门,
