宽顶堰过流量计算表
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7.2宽顶堰溢流——学习材料学习单元⼆、宽顶堰溢流⼀、堰的基本计算公式图7-3如图7-3所⽰的堰流为例推导堰流的⽔⼒计算公式:以通过堰顶的⽔平⾯为基准⾯,对堰前断⾯0―0 及堰顶断⾯1―1 应⽤能量⽅程式。
其中0―0 断⾯为渐变流;⽽1―1 断⾯流线弯曲程度很⼤,⽔流为急变流,过⽔断⾯上测压管⽔头不为常数,⽤γpz +表⽰1―1 断⾯上测压管⽔头平均值。
由此得:gv pz H g v H 2)(221110200αζαγα+++==+ v 0——0-0 断⾯的平均流速 v 1——1-1 断⾯的平均流速ζ——局部阻⼒系数令 ,0H pz ξγ=+ζα?+=11设堰顶过⽔断⾯1―1 宽度为b ,⽔⾆厚度⽤0kH 表⽰,k 为反映堰顶⽔流垂直收缩程度的系数。
则过⽔断⾯1―1 ⾯积为0kbH ,过堰流量为:v 011v 1P 2δHP 123010010121)(2H g b k H H g b kH A v Q ξζαξζα-+=-+==令ξ?ξζα-=-+=111k k m ,称为堰流的流量系数。
则堰流流量为:2302H g mb Q =,式中0H 称为堰前总⽔头上式为⽔流⽆侧收缩时堰流⾃由出流流量计算的基本公式,对堰顶过⽔断⾯为矩形的薄壁堰、实⽤堰及宽顶堰流都适合,不同的堰流流量系数不同),,(ξ?k m m =。
如堰流存在侧向收缩以及堰下游⽔位对过堰⽔流有影响时,应⽤上式时必须进⾏修正。
实际计算中将堰前⾏进流速⽔头的影响写进流量系数之中23200021(gv m m α+,则堰流流量公式可以写成:2302H g b m Q =由流量公式可知,堰流流量和堰前总⽔头的3/2次⽅成正⽐。
⼆、宽堰当堰顶⽔平且10/5.2≤宽顶堰流是实际⼯程中很常见的⽔流现象。
⼀般可分为两种,⼀种是具有底坎(堰坎),在垂直⽅向发⽣收缩⽽形成的有坎宽顶堰流,如图7-4(a)、(b)所⽰;另⼀种是没有底坎,如⽔流流经桥墩之间(见图7-4(c))、隧道或涵洞⼊⼝,以及⽔流经施⼯围堰束窄了的河床(图7-4(d) )时,⽔流由于边界宽度变⼩⽽产⽣侧向收缩,流速增⼤,动能增⼤,势能相应减⼩导致进⼝处⽔⾯跌落,产⽣宽顶堰的⽔流状态,称为⽆坎宽顶堰流。
闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.908872896总净宽B040侧收缩系数ξ0.943531613闸墩厚度dz 4断面面积2321.5436b b30.95原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.278656闸墩顶高程191.1189.18 1.92堰上水深H021.36464下游水位189.14 1.96自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 19.140.895873闸墩高H 21.6淹没系数σ0.837306m(直角)0.382361m(圆角)0.384109自由过流流量Q 淹没过流流量Q Q(直角)6312.225Q(直角)5285.263Q(圆角)6341.097Q(圆角)5309.4375290闸门孔数n4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.908872896总净宽B040侧收缩系数ξ0.943531613闸墩厚度dz 4断面面积2321.5436b b30.95原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.0159闸墩顶高程189.93188.16 1.77堰上水深H020.13713下游水位188.12自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 18.120.89983闸墩高H 20.43淹没系数σ0.82807m(直角)0.382203m(圆角)0.38406自由过流流量Q淹没过流流量Q宽顶堰堰流泄流能力计算(P=1)宽顶堰堰流泄流能力计算(P=2)Q(直角)5773.732Q(直角)4781.054Q(圆角)5801.781Q(圆角)4804.284680闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.909780316总净宽B040侧收缩系数ξ0.943758468闸墩厚度dz 4断面面积1715.1756b b25.9原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.250498闸墩顶高程188.05186.43 1.62堰上水深H018.30814下游水位186.39自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 16.390.89523闸墩高H 18.55淹没系数σ0.838767m(直角)0.381911m(圆角)0.383968自由过流流量Q 淹没过流流量Q Q(直角)5002.632Q(直角)4196.041Q(圆角)5029.579Q(圆角)4218.6443860闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.910700081总净宽B040侧收缩系数ξ0.943988409闸墩厚度dz 4断面面积1468.0005b b23原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.207084闸墩顶高程186.26184.89 1.37堰上水深H016.50828下游水位184.85自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P0.5下游水位h s14.850.899549宽顶堰堰流泄流能力计算(P=5)宽顶堰堰流泄流能力计算(P=10)。
1 基本资料
1闸室单孔净宽5m,共3孔,中墩厚1m,边墩厚0.8m。
闸墩上下游均为半圆形结构。
2控泄条件:上游50年一遇设计洪水位38.757m ,下游南沙河对应20年一遇洪水位38.49m,控泄流量77m 3/s。
2 计算方法
采用宽顶堰流公式进行计算。
参见《水力计算手册》式3-1-1
式中:Q --- 流量 (m 3/s);
b --- 每孔净宽 (m);
n --- 闸孔孔数 (个);H 0 --- 包括行近流速水头的堰前水头,即:v 0 --- 行近流速 (m/s);
m --- 流量系数,参见表3-2-3~表3-2-6;
σs --- 淹没系数,参见表3-2-8;
σc --- 侧收缩系数,因流量系数由表3-2-3~表3-2-6直接查出,不再计算;
3
4 计算成果根据计算,过闸流量大于控泄流量77m 3/s,满足过流要求。
桩号7+426排水闸过流能力计算
0.910.920.9149
0.780.740.01530.7553。
专题6. 堰流过流能力的计算堰流过流能力计算的特点是计算参数较多,且很多参数的确定需要借助于查图或查表,甚至有些参数如堰上总水头H的确定等需要迭代。
堰流的基本计算公式32sQσε=(6-1)式中:Q为过堰流量,m3/s;sσ为淹没系数,当自由出流时,取值为1;ε为侧收缩系数,当有侧收缩时,1ε<,无侧收缩时,1ε=;H为堰上总水头,m。
【工程任务】如图6.1所示,某直角进口堰,堰顶厚度δ=5m,堰宽与上游矩形渠道宽度相同,b=1.28m,求过堰流量。
图6.1 堰流示意图【分析与计算】(1)判别堰型55.880.85Hδ==所以该堰为宽顶堰。
(2)确定系数B b=所以1ε=359.085.05.01<==HP所以1130.320.010.460.75PHmPH-=++0.3466=m80.073.020<=-=≈HP h H h H h t s s 所以1s σ= (3)第一次近似计算流量 设010.85H H ==m32321010.3466 1.28 4.430.85 1.54Q ==⨯⨯⨯=m 3/s(4)第二次近似计算流量22201102220 1.540.850.892219.6(1.28 1.35)v Q H H H g gA =+=+=+=⨯⨯m 3232020.3466 1.28 4.430.89 1.65Q ==⨯⨯⨯= m 3/s(5)第三次近似计算流量22202203220 1.540.850.902219.6(1.28 1.35)v Q H H H g gA =+=+=+=⨯⨯m 3323030.3466 1.28 4.430.90 1.68Q ==⨯⨯⨯=m 3/s323 1.68 1.651.791.68Q Q Q --==﹪ 符合要求。
(6)验证出流形式8.0689.003203<=-=H P h H h t s 仍为自由出流。
所以所求流量为1.68 m 3/s 。