流体力学—堰流.

第8章堰流编制依据§8-1堰流的定义及堰的分类§8-2堰流的基本公式§8-3薄壁堰流§8-4宽顶堰流§8-5小桥（涵洞）孔径的水力计算目录§8-1堰流定义及堰的分类一、堰流定义无压缓流越过障壁产生的①③②局部水力现象称为堰流，障壁称为堰。§8-1堰流定义及堰的分类二、堰的分类1.据相对堰厚分/H☆薄壁堰67.0H※主要用作试验测流设备☆实用堰5.267.0H§8-1堰流定义及堰的分类☆宽顶堰105.2H★堰的研究范围010H当，逐渐起主要作用，不再属于堰流的范畴。10Hfh§8-1堰流定义及堰的分类TextTextTextText三、堰流计算特点22wjvhhg2.按堰宽收缩度分/bB/1/1bBbB有侧收缩堰（）无侧收缩堰（）3.按下游水位是否影响堰过流性质分自由式堰（不影响）淹没式堰（影响§8-2堰流基本公式堰流定义以薄壁堰为例进行推导§8-2堰流基本公式从1→2建立伯努利方程22200222200222vpvvHgggg式中：02p令（作用水头）gvHH22000则02221gHv2102gH§8-2堰流基本公式TEXTTEXT1.5220022QAvbegHkbgHbeA20kHe令5.102Hgmbkm令若将堰上游行近流速v0的影响纳入流量系数中去考虑,则上式可写为1.502QmbgH5.12000)21(gHvmm式中：，均称为堰流流量系数。0,mm§8-2堰流基本公式☆有侧向收缩1.51.50022QmbgHmbgH☆淹没式1.51.50022QmbgHmbgH1.51.50022QmbgHmbgH上式称为堰流基本公式，对薄壁堰、实用堰、宽顶堰都适用。§8-3薄壁堰溢流堰口形状为矩形矩形堰一般适用于量测较大流量§8-3薄壁堰溢流☆流量公式1.502QmbgH200.0027(0.405)10.55()HmHHp★流量系数（巴赞公式）220.00270.4050.0310.55()cBbHbmHBHpB（）当有侧向收缩时，可修正为§8-3薄壁堰溢流资料的收集三角堰☆流量公式★流量系数2.52sQmgH0.316sm§8-3薄壁堰溢流梯形堰☆流量公式★流量系数1.52tQmbgH0140.42tm当时，。自由式溢流淹没式溢流宽顶堰溢流特点§8-4宽顶堰溢流§8-4宽顶堰溢流流量计算公式☆自由式☆淹没式★实际流体：1.502QmbgH1.502QmbgH式中：一般由经验公式确定。进口形式,Hpfm★理想流体:385.0maxm385.032.0m★淹没系数:0Hf§8-4宽顶堰溢流◇淹没标准当宽顶堰绝对不会淹没。0sphhh☆淹没必要条件0sphhh☆淹没充分条件00.8sphhhH§8-4宽顶堰溢流【例1】图示为某矩形断面渠道中的直角进口无侧收缩潜水坝。已知坝长δ=2.5m，坝顶水头H=0.85m，坝高m,坝下游水深h=1.10m，坝宽b=1.28m，试求过坝流量，取动能修正系数α=1.0。0.5pphh[解]因，故该潜水坝属于宽顶堰。10,5.294.2H①判别溢流形式0m6.05.010.1pshhh淹没必要条件满足，但充分条件shHHm68.085.08.08.08.00不满足，故为自由式溢流。Q§8-4宽顶堰溢流②计算流量系数m因,故由别列津斯基经验公式得/0.5883phH347.075.046.0301.032.0HhHhmpp③计算流量Q宽顶堰流量计算式为高次超越方程，计算中常用迭代法求解。§8-4宽顶堰溢流流量迭代式1.5212222nnQQmbgHgbHp式中下标n为迭代循环变量，可取初值进行迭代。00Q§8-4宽顶堰溢流3132330:1.54m/s1:1.65m/s2:1.67m/snQnQnQ3231%QQQ因若该计算误差小于要求的误差限值，则过坝流量为331.67m/sQQ§8-4宽顶堰溢流④校核上游流动状态00.97m/sQvbHp1267.00pHgvFr潜水坝上游水流确为缓流，故上述计算有效。§8-5小桥孔径水力计算一、小桥（涵洞）过流现象§8-5小桥孔径水力计算二、淹没标准chh3.1chh3.1自由式淹没式式中：为桥孔临界水深。ch§8-5小桥孔径水力计算三、计算图式自由式淹没式1(1)Chhhh1§8-5小桥孔径水力计算四、水力计算原则小桥孔径计算原则主要从安全和经济两方面考虑。（安全原则）vv桥下①（保证桥下部冲刷）HH桥前②（保证桥头路堤不淹没）Bb③考虑标准孔径（经济原则）§8-5小桥孔径水力计算五、设计方案☆方案2从出发进行设计HHvv☆方案1从出发进行设计★说明：不管从何方案出发进行设计，均需全部满足上述3个水力计算原则。§8-5小桥孔径水力计算六、计算步骤以从出发进行设计为例（仅讲矩形断面桥孔情况）。vv①计算桥孔临界水深Ch222232()CcvQvhgbgghhc3.1自由式过流hhc3.1淹没式过流§8-5小桥孔径水力计算②计算小桥孔径b1cQhvQbhvQhv（自由式）（淹没式）选取标准孔径B≥b铁路、公路桥梁的标准孔径一般有4m、5m、6m、8m、12m、16m、20m多种。§8-5小桥孔径水力计算③校核桥前壅水水深H☆选取标准孔径B后，需重新判别流动形态。232cQhgBhhc3.1自由式hhc3.1淹没式§8-5小桥孔径水力计算☆桥孔流速v1cQBhQvBhQBh（自由式）（淹没式）☆桥前壅水水深HHhHhgvHHc2202（自由式）（淹没式）本章小结（END)重点掌握小桥孔径水力计算方法小桥过流特征堰流基本概念堰流基本公式