第九章-流体力学-堰流课件.ppt
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- 第九 流体力学 课件
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1、学习重点:学习重点:掌握堰流分类及相关概念;掌握堰流分类及相关概念;掌握宽顶堰、薄壁堰和实用堰水力计算;掌握宽顶堰、薄壁堰和实用堰水力计算;(3)能量损失计算式。)能量损失计算式。 (1)能量方程;)能量方程;(2)总流的连续性方程;)总流的连续性方程; 任务:任务: 计算过流量计算过流量Q。依据:依据:91 概述概述1、堰:、堰:在明渠缓流中设置障壁,它即能壅高渠在明渠缓流中设置障壁,它即能壅高渠中的水位,又能自然溢流,一种既可蓄中的水位,又能自然溢流,一种既可蓄又可泄的溢流设施。又可泄的溢流设施。2、堰流:、堰流:缓流经明渠上的泄水构筑物时,越过阻水的缓流经明渠上的泄水构筑物时,越过阻水的
2、堰墙溢出流动的局部水力现象。堰墙溢出流动的局部水力现象。一、堰和堰流一、堰和堰流 堰的上游水流受阻,水面壅高,势能增大;在堰顶上由于水深变小,流线收缩,速度变大,使动能增大;势能转化为动能,水面下跌。堰流一般从缓流向急流过渡,形成急变流。因此,堰流的水力计算主要是局部阻力,其沿程阻力可忽略。水流在流过堰顶时,一般在惯性的作用下均会脱离堰(构筑物),在表面张力的作用下,具有自由表面的液流,水流会收缩。 3、堰流的水力特性如下:、堰流的水力特性如下: 研究堰流的主要目的:研究堰流的主要目的: 探讨流经堰的流量探讨流经堰的流量Q及与堰流有关的特征量之间的关系。及与堰流有关的特征量之间的关系。 堰流的
3、基本特征量(图堰流的基本特征量(图9-1) 1.堰顶水头堰顶水头H; 2.堰宽堰宽b; 3.上游堰高上游堰高P、下游堰、下游堰P1; 4.堰顶厚度堰顶厚度; 5.上、下水位差上、下水位差Z;6.堰前行近流速堰前行近流速0。(图(图9-1)宽顶堰:宽顶堰: H 0.67薄壁堰:薄壁堰:实用堰:实用堰:H 2.50.67 2.5(1) 依据堰顶厚度:依据堰顶厚度:H二、堰的分类二、堰的分类 (2) 依据水流行近堰体的条件:依据水流行近堰体的条件:1 侧收缩堰(侧收缩堰(b 无侧收缩堰(无侧收缩堰(b=B)。)。Bb1 正堰正堰vv3 侧堰侧堰v2 斜堰斜堰(3) 依据堰与渠道中水流的方向:依据堰与
4、渠道中水流的方向:(4) 依据堰口的形状:依据堰口的形状:1 三角堰三角堰3 梯形堰梯形堰2 矩形堰矩形堰1 自由式;自由式;2 淹没式。淹没式。4 流线形堰流线形堰(5) 依据下游水位是否影响泄流:依据下游水位是否影响泄流:92 宽顶堰溢流宽顶堰溢流 小桥过水、无压短涵管、分洪闸、泄水闸等小桥过水、无压短涵管、分洪闸、泄水闸等一般都属于宽顶堰水流计算。一般都属于宽顶堰水流计算。1、水力现象分析:、水力现象分析:(1)当)当H 42.5 时,堰顶水面只有一次跌落,时,堰顶水面只有一次跌落,堰坎末端偏上游处的水深为临界水深堰坎末端偏上游处的水深为临界水深 h cr 。工程中常见的是第二种宽顶堰工
5、程中常见的是第二种宽顶堰时,堰顶水面出现两次跌落,时,堰顶水面出现两次跌落,H 104 (2)当)当其水深为:其水深为:h c(0.80.92)h cr在最大跌落处形成收缩断面,在最大跌落处形成收缩断面,一、自由式无侧收缩宽顶堰一、自由式无侧收缩宽顶堰 主要特点:进口不远处形成一收缩水深,此收缩水深小于堰顶断面的临界水深,以后形成流线近似平行于堰顶的渐变流,水面在堰尾第二次下降,如图9-2。 1.自由式无侧收缩宽顶堰的流量公式自由式无侧收缩宽顶堰的流量公式 取1-1,2-2断面写能量方程: 令 则则 令令 ,则得宽顶堰的流量公式:,则得宽顶堰的流量公式: 式中:式中: 堰进口处的局部水头损失;
6、堰进口处的局部水头损失; 流速系数,流速系数, m堰流量系数,堰流量系数, 。一般地,。一般地,m值在值在0.32-0.38之间。之间。 2.流量系数的计算流量系数的计算 别列津斯基(前苏联,别列津斯基(前苏联,1950)根据实验,提出流量系)根据实验,提出流量系数数m的经验公式:的经验公式:当当 时:时: 直角边缘进口:直角边缘进口:m=0.32,圆角进口:,圆角进口:m=0.36 当当 时:时: 直角边缘进口:直角边缘进口: 直角边缘修圆:直角边缘修圆: 二、侧收缩宽顶堰(二、侧收缩宽顶堰(b0 充分条件:充分条件: 流量公式:流量公式: 式中,式中,s为淹没系数。随淹没程度为淹没系数。随
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