大学精品课件：第8章 堰流20110616.ppt

1、第第8 8章章 堰流堰流 黄湖镇施家堰重建工程黄湖镇施家堰重建工程 堰坝施工中堰坝施工中 该工程位于黄湖镇该工程位于黄湖镇 清波村，列入余杭区清波村，列入余杭区 2009年度水利建设项年度水利建设项 目计划，主要工程内目计划，主要工程内 容为：拆除原冲毁的容为：拆除原冲毁的 堰体，重建长堰体，重建长61.3米的米的 堰坝，新建进水闸和堰坝，新建进水闸和 渠道，修建堰坝两岸渠道，修建堰坝两岸 挡墙护岸。挡墙护岸。 工程于工程于2009年年3月开月开 工建设，同年工建设，同年7月全部月全部 完工，总投资完工，总投资85.0776 万元。工程建成后，万元。工程建成后， 提高了右岸提高了右岸1000余

2、亩余亩 农田的灌溉保证率，农田的灌溉保证率， 改善了黄胡集镇的水改善了黄胡集镇的水 环境。环境。 完工后的堰坝完工后的堰坝 第第8 8章章 堰流堰流 本章重点掌握本章重点掌握 堰流的定义 堰的分类 小桥（涵）孔径的水力计算 8.1 8.1 堰流及堰的定义堰流及堰的定义 一、堰流的定义一、堰流的定义 无压无压缓流缓流越过越过障壁障壁产生的局部水力现象称为堰流，产生的局部水力现象称为堰流， 障壁称为堰。障壁称为堰。 研究研究堰流的目的堰流的目的在于探讨流经堰的流量与堰流其他特在于探讨流经堰的流量与堰流其他特 征量如堰宽、堰前水头、堰顶厚度、堰上下游坎高、征量如堰宽、堰前水头、堰顶厚度、堰上下游坎高

3、、 下游水深及下游水位高出堰顶的高度、行进流速等的下游水深及下游水位高出堰顶的高度、行进流速等的 关系，从而解决工程中提出的有关流体力学问题。关系，从而解决工程中提出的有关流体力学问题。 8.1 8.1 堰流及堰的定义堰流及堰的定义 8.1 8.1 堰流及堰的定义堰流及堰的定义 二、堰的分类 薄壁堰 实用堰 宽顶堰 为明渠流动 三、计算特点 67.0 H 5.267.0 H 105.2 H 10 H g v hh mw 2 2 8.2 8.2 堰流基本公式堰流基本公式 以薄壁堰为例进行推导以薄壁堰为例进行推导 8.2 8.2 堰流基本公式堰流基本公式 从从1212建立伯努利方程建立伯努利方程

4、g v g v r p g v H 22 0 2 0 2 2 2 222 2 00 式中：式中： 0 2 p 令令 （作用水头）（作用水头） g v HH 2 2 00 0 8.2 8.2 堰流基本公式堰流基本公式 则则 0 2 2 2 1 gHv 2 1 0 2gH 5 . 1 0022 22HgbkgHbevAQ beA 2 0 kHe 令 5 . 1 0 2 Hgmb km 令 m为堰流流量因素为堰流流量因素 8.3 8.3 薄壁薄壁堰流堰流 矩形堰矩形堰 8.3 8.3 薄壁薄壁堰流堰流 三角堰三角堰 梯形堰梯形堰 8.4 8.4 宽顶宽顶堰流堰流 一、宽顶堰的过流特点一、宽顶堰的过流

5、特点 自由式自由式 淹没式淹没式 8.4 8.4 宽顶宽顶堰流堰流 二、流量计算公式二、流量计算公式 自由式自由式 淹没式淹没式 5 . 1 0 2 HgmbQ 5.1 0 2 HgmbQ 式中：式中： 一般由经验公式确定。一般由经验公式确定。 进口形式, H p fm 8.4 8.4 宽顶宽顶堰流堰流 三、淹没标准三、淹没标准 当 宽顶堰绝对不会淹没。 必要条件 充分条件 0ph k k H p 1 h p h h ph 0ph 0 8 . 0 Hph 四、侧收缩四、侧收缩 例例8-1 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 一、小桥过流现象一、小桥过流现象 自由

6、式自由式 淹没式淹没式 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 二、淹没标准二、淹没标准 自由式自由式 k hh3 . 1 k hh3 . 1淹没式淹没式 式中：式中： 为桥孔临界水深。为桥孔临界水深。 k h （a） （b） 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 三、计算图式三、计算图式 自由式自由式 淹没式淹没式 )1( 1 k hh hh 1 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 四、计算原则四、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。小桥孔径计算原则主要从安全和经济两方面考虑。 1 1

7、、 （保证桥下不冲刷）（保证桥下不冲刷） vv 桥下 2 2、 （保证桥头路堤不淹没）（保证桥头路堤不淹没） HH 桥前 （安全原则）（安全原则） 3 3、考虑标准孔径、考虑标准孔径 （经济原则）（经济原则） bB 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 五五、设计方案设计方案 1 1、从、从 出发进行设计。出发进行设计。 vv 2 2、从、从 出发进行设计。出发进行设计。 HH 不管从何方案设计，都必须综合考虑不管从何方案设计，都必须综合考虑 、 、 三个三个 因素，同时满足安全、经济原则。因素，同时满足安全、经济原则。 v B H 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔

8、径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 六、计算步骤六、计算步骤 以从以从 出发进行设计为例（仅讲矩形断面出发进行设计为例（仅讲矩形断面 桥孔情况）。桥孔情况）。 vv 1 .1 .计算桥孔临界水深计算桥孔临界水深 kh g v g v bg Q h k k 222 3 2 2 )( 自由式自由式 hhk3 . 1 hhk3 . 1淹没式淹没式 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 计算小桥孔径计算小桥孔径b 选取标准孔径选取标准孔径Bb 铁路、公路桥梁的标准孔径一般有铁路、公路桥梁的标准孔径一般有4m、5m、6m、8m、12m、 16m、20m多种。多种。 （淹没式） 自由式） vh Q vh Q vh Q b k ( 1 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 3.校核桥前壅水水深校核桥前壅水水深H 选取标准孔径选取标准孔径B后，需重新判别流动形态。后，需重新判别流动形态。 3 2 2 Bg Q hk 自由式自由式 hhk3 . 1 hhk3 . 1淹没式淹没式 8.5 8.5 小桥（涵洞）孔径小桥（涵洞）孔径 水力计算水力计算 桥孔流速桥孔流速v 桥前壅水水深桥前壅水水深H （淹没式） 自由式） Hh Hh g v HH k ( 2 2 2 0 （淹没式） 自由式） Bh Q hB Q Bh Q v k ( 1