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流体力学7-8堰流讲解

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工程流体力学课件 第08章 堰流

工程流体力学课件 第08章 堰流


Q2 mb 2gH02 0.3466 1.28 19.6 0.89 2 1.65m3 / s
3 2 3
（5）第三次近似计算流量
2 2 V02 Q2 1.652 H 03 H H 0.85 0.90m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
前进
都江堰




鱼嘴(分水堤)、飞沙 堰(溢洪道)、宝瓶口 (引水口) 鱼嘴与金刚堤：内 江和外江 ；“四六 分水”； 飞沙堰：排洪排沙， 挡水；“低作堰” “深淘滩”
在环境工程领域内的应用

沉淀池的出口一胶采用溢流堰， 堰前应加设挡板，挡板淹没深度 不小于0.25m，距出水口为 0.25～0.5m。溢流堰大多数采用 锯齿形堰，易于加工及安装，更 易保证出水均匀 。这种出水堰常 用钢板制成，齿深50mm，齿距 200mm，直角，用螺栓固定在出 口的池壁上。
底坎为曲线形 e/H≤0.75 e/H > 0.75
堰流的分类
堰宽b 堰顶水头H 堰高P1 堰高P2 δ 堰顶厚度 H H δ 堰顶厚度
堰顶厚度δ
堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同 δ/H<0.67 薄壁堰流
曲线形
按δ/H分类
0.67<δ/H<2.5 实用堰流
宽顶堰流
折线形 有坎
2.5<δ/H<10
0.3466
（3）第一次近似计算流量 设H01=H=0.85m
Q1 mb 2gH0 2 0.3466 1.28 19.6 0.85 2 1.54m3 / s
3 3
前进
（4）第二次近似计算流量
2 V01 Q12 1.542 H 02 H H 0.85 0.89m 2 2 2g 2 gA0 19.6 (1.28 1.35)
水力学课件第7章_堰流

水力学课件第7章_堰流


堰流的分类
堰宽b 堰顶水头H 堰高P1 堰顶厚度δ 堰高P2 δ 堰顶厚度
H
H δ 堰顶厚度
堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能 力也会不同
δ/H<0.67
薄壁堰流 0.67<δ/H<2.5 实用堰流 2.5<δ/H<10 宽顶堰流
曲线形 折线形 有坎
按δ/H分类
无坎
按下游水位是否 自由堰流 对过堰水流有顶 淹没堰流 托阻水的影响 无侧收缩堰流 b=B 有无侧向收缩
Q
c
B h （自由式） Q V Bh Q （淹没式） Bh • 桥前壅水H h H （自由式） V
1
2
H H
0
2 g
2
h H
c
（淹没式）
例2：
由水文计算知小桥设计流量Q=30m3/s。根 据下游河段流量-水位关系曲线，求得该流量 时下游水深h=1.0m。由规范，桥前允许壅水 水深H′=2m，桥下允许流速v′=3.5m/s。 由小桥进口形式，查得各项系数：φ=0.9； ε=0.85;ψ=0.80.试设计小桥孔径。
1.65 m / s
（5）第三次近似计算流量
H 03 H V 02 2g
3 2
2
H
Q2
2 2
0 .8 5
1 .6 5
2 2
2 g A0
1 9 .6 (1 .2 8 1 .3 5 )
0 .9 0 m
Q3 m b
Q3 Q2 Q3
2 g H 0 3 0 .3 4 6 6 1 .2 8
水 力 学 HYDRAULICS
第7章 堰流
流体力学— 堰流

流体力学— 堰流

二、堰的分类 1.据相对堰厚 / H 分 0.67 ☆薄壁堰
H
※主要用作试验测流设备 ☆实用堰 0.67

H 2.5
§8-1堰流定义及堰的分类
☆宽顶堰 2.5

H 10
当

H
10 ，h f 逐渐起主要作用，不再属于堰流的范畴。
★堰的研究范围 0

H
10
§8-1堰流定义及堰的分类
重点 掌握
小桥孔径 水力 计算方法
堰流 基本公式
小桥 过流特征
式中：m0 m(1
2 gH
)1.5 ， m, m0
均称为堰流流量系数。
§8-2堰流基本公式
1.5 Q mb 2gH0 m0b 2gH 1.5
上式称为堰流基本公式，对薄壁堰、实用堰、宽顶堰都适用。
1.5 1.5 ☆有侧向收缩 Q m b 2gH0 m0 b 2gH
☆淹没式
② H桥前 H （保证桥头路堤不淹没） ③ 考虑标准孔径
（安全原则）
B b （经济原则）
§8-5 小桥孔径水力计算
五、设计方案 ☆方案1 从 v v 出发进行设计 ☆方案2 从 H H 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
Q Q3 1.67m3 /s
§8-4 宽顶堰溢流
④校核上游流动状态
Q v0 0.97m/s b H p
v0 Fr 0.267 1 g H p
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
7.堰 流

7.堰 流


H
堰的分类
• 以堰顶的宽度δ与堰上水头H 的比值分类： • 薄壁堰 / H 0.67
• 实用堰
• 宽顶堰
0.67 / H 2.5
2.5 / H 10
• 当δ/H>10时,为明渠流
其它分类
• 按下游水位是否影响堰流性质分: 自由式出流——当下游水深较小而不影响堰顶正 常出流； 淹没式出流——当下游水深较大且已经影响到了 堰顶的正常出流。 • 按上游渠道宽度B与堰宽b的相互大小分： 无侧收缩堰——上游渠道宽度B等于堰宽b； 有侧收缩堰——渠宽B大于堰宽b。 • 按水流与堰的流动方向分： 正堰——水流方向与堰正交； 斜堰——水流方向与堰非正交； 侧堰——水流方向与堰平行。
实用堰
• 定义: 0.67 / H 2.5 • • 实用堰是水利工程中用来挡水同时又能泄流的构 筑物 • 分类:曲线型实用堰和折线型实用堰
（a）曲线型；（b）折线型
实用堰
• 折线型——部分小型堰或临时性堰经常采 用 • 计算公式：与薄壁堰相同 • 流量系数：曲线形 mo=0.45 • 折线形 mo=0.42
基本方程
重点P183公式 以宽顶堰为例 • 流量公式 其中m—流量系数； k—收缩系数
Q mb 2 g H 0 2
3
m k 1 k
hco kH0
薄壁堰
• 定义：
/ H 0.67
• 分类：按堰口形状的不同，分为矩形堰、三 角形堰、梯形堰、比例堰等。三角形堰常用 于较小的流量，矩形和梯形堰常用于量测较 大的流量。 • 计算公式：
Q 1.4H
5/ 2
θ=900，H=0.25—0.55m
Q 1.343H
2.47
流体力学 堰流

流体力学 堰流

7.1.1 堰流的定义
水流受到从河底(渠底)建起的建筑物(堰体)的阻挡，或者受两侧墙体的约束影响，在堰 体上游产生壅水，水流经堰体下泄，下泄水流的自由表面为连续的曲面，这种水流称为堰 流，这种建筑物称为堰。例如溢流坝溢流(图 7.1(a))、堰顶部闸门脱离水面时的闸口出流(图 7.1(b))都属堰流。通过有边墩或中墩的小桥的孔出流(图 7.1(c))、涵洞进口水流等在水力计 算时也按堰流考虑。
工程上一般以堰顶的厚度 δ 与堰上水头 H 的比值大小，将堰流分成以下 3 种类型。
1. 薄壁堰流: δ H ≤0.67
堰前的水流由于受堰壁的阻挡，底部水流向上收缩，水面逐渐下降，使过堰水流形如 舌状，称为水舌。水舌下缘的流速方向为堰壁边缘切线的方向，堰顶与堰上水流只有一条 线的接触。水舌离开堰顶后，在重力的作用下，自然回落。当水舌回落到堰顶高程时，距 上游堰壁约 0.67H。这样，当 δ H ≤0.67 时，水舌不受堰宽的影响，这种堰流称为薄壁堰 流(图 7.2(a))。薄壁堰壁一般用钢板或木板作成，常做成锐缘形，故又称锐缘堰。薄壁堰主 要用于测量流量的设备中。
第7章 堰 流
教学提示：本章研究堰流的水力计算方法。堰流理论在水电、道路桥梁、土木、水土 保持、水文水资源和给排水等工程中有着广泛的应用，它是溢流坝、围堰、涵洞、有边墩 或中墩的桥梁、快滤池冲洗水槽等许多工程水力设计的基础，也是溢流坝后水流衔接和消 能工程设计的基础，主要内容包括薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水力计算。
图 7.3 无侧向收缩矩形薄壁堰自由也流的水舌形状
Q = m0b 2g H 3 2 式中， b ——堰顶过水断面宽度；
H ——堰顶水头； m0 ——考虑了行近流速影响的流量系数，需由实验确定。 下面介绍两个计算 m0 的经验公式。 (1) 雷伯克(Rehbock)公式：
水力学第8章 堰流闸孔出流

水力学第8章 堰流闸孔出流

9
1、薄壁堰
0.67
H
H
0.67H
薄壁堰
堰顶水舌形状不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与 堰顶只有线的接触，水面呈单一的自由降落曲线。
10
2、实用堰 0.67 2.5
H
H
H
实用堰
过堰水流主要受重力作用自由跌落。水舌下缘 与堰顶呈面的接触，水舌受到堰顶的顶托。
11
3、宽顶堰 2.5 10
0 cVc2
2g
Vc2 2g
Vc
1
c
2gH0 hc
44
1
Vc c 1 c
2gH0 hc
流速系数
Q b2e 2gH0 2e
0 2 流量系数
Q 0be
1 2e
H0
2gH0
0
1 2e
H0
流量系数
Vc 2gH0 hc
Q AVc A bhc
2
hc e
垂向收缩系数
H
过堰水流在垂直方向上收缩。
hs
ht
31
无坎宽顶堰
H
过堰水流在水平方向上（侧向）收缩。
32
宽顶堰流量公式：
Q s1mnb 2g H03/2 一、流量系数 m
1、对直角进口堰
P1
•当0 P1 / H 3 时，
m 0.32 0.01 3 P1 / H 0.46 0.75P1 / H
•当 P1 / H 3 时，
H
H
（2）平底上的弧形闸孔
e
0.97
0.81
180
0
0.56
0.81
180
0
e H
其中，cos c e
R
适用：0 e 0.7 ，250 900
8 堰流及闸孔出流课件

8 堰流及闸孔出流课件


宽顶堰流
2.5

H
10
宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。 水流特征：水流在进口附近的水面形成跌落 有一段水流与堰顶几乎平行 下游水位较低时，出堰水流二次水面跌落
如果堰顶宽度继续增加，即δ/H>10，则沿程水头损
失不能忽略，水流特性不再属于堰流，而是明渠流。
按下游水位是否对过堰水流有顶托阻水的影响 自由堰流 淹没堰流



堰上水头不宜过小（应大于2.5cm）；
水舌下面的空间与大气相通。
图8.5是实验室中测得的无侧收缩、非淹没矩形薄壁
堰自由出流的水舌形状。
无侧收缩，非淹没矩形薄壁堰的流量计算公式：
Q m0b 2 g H
伯克（T.Rehbock）公式计算
3/ 2
（8.2）
式中， m0为包括行近流速影响的流量系数，可按雷
0
堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面
实验资料表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度δ
与堰顶水头H之比δ/H 而变。 工程上，按δ 与 H 的大小将堰流分为 薄壁堰流 实用堰流

H
0.67
0.67

H
2.5
曲线形 折线形 有坎
宽顶堰流
2.5

H
10
无坎
薄壁堰流
薄壁堰流
折线形实用堰流
8 堰流及闸孔出流
8 堰流及闸孔出流
水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求， 溢流坝、 水闸底槛、桥孔、无压涵洞进口。
需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，
堰：既能挡水，又能过水的水工建筑物，称为堰。
0 H e b
0
H e
0
第7章 堰流 水力学 教学课件

第7章 堰流 水力学 教学课件

H--堰上水头，堰前断面堰顶以上的水深；δ—堰顶厚度；
P1、P2—堰上下游坎高；V0—行近流速，上游来流速度
研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ /H 而变。
工程上，按δ与H 的大小将堰流分
0
薄壁堰
0.67 H
H
v0
实用堰
0.67 2.5
H
P1
宽顶堰 2.5 10 H
堰塞湖形成过程： 1、原有的水系； 2、原有水系被堵塞物堵住。堵塞物可能是火山熔岩流，可能是 地震活动等原因引起的山崩滑坡体，可能是泥石流，亦可能是其 他物质。 3、河谷、河床被堵塞 后，流水聚集并且往四 周漫溢； 4、储水到一定程度便 形成堰塞湖。
疏 通 的 堰 塞 湖 水 道
堰塞湖的堵塞物不是固定永远不变的，遇到强余震、暴雨，可能 会发生溃坝，湖水便漫溢而出，倾泻而下，形成洪灾，极其危险。
工程中常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如， 溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实 验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。
堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同
0
H
v0
P1
δ 11ຫໍສະໝຸດ v1P20
当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降
0
H
v0
P1
δ 1
1
v1
P2
0
堰前断面：把堰上游水面无明显下降的0-0 断面
δ 1
1
v1
P2
0
二、堰流的基本公式
3
Q smB 2g H0 2
ε-侧收缩系数，当堰宽小于上游渠道宽,产生侧收缩。 σs-淹没系数，当下游水位较高，顶托过堰水流产生的影响。 m-流量系数，取决于堰口形式和相对堰高（p/H）。
工程流体力学课件 第08章 堰流

工程流体力学课件 第08章 堰流


dQ m0 2gdbxh3/ 2
bx tan
H h
2
Q
4 5
m0
2g tan H 5 / 2
2
• 根据汤姆逊(P.W.Thomson)的实验，在
H=0.05～0.25m时，m0=0.395。因此 θ=90°的三角形薄壁堰的流量公式为
Q 1.4H 5/ 2
• 金(H. W. King)根据实验提出，在H=0.06～
自由堰流 淹没堰流
按有无侧向收缩
无侧收缩堰流 b=B 有侧收缩堰流b≠B
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第二节 堰流的基本公式
• 用能量方程式来推求 • 堰流计算的基本公式
H
Pa g
0V02 2g
P1 g
(1
) V12 2g
•令
H0
H
0V0 2 2g
1
• v1 1 2gH0
流速系数
1
1
V1 2gH0
b：堰宽
Q A1V1 be 2gH0
e： 断面1-1上水舌厚度
令e=kH0
Q kb
2g
H 1.5 0
mb
2g
H 1.5 0
Q m0 2gbH3/ 2
堰流基本 公式
m0 m(10v02 / 2gH)3/ 2 • 堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量
系数不同而已。
Q s1mb
2
g
H
3
0
2
过
堰流的分类
堰顶水头H
堰宽b
堰高P1
堰顶厚度δ
H 堰高P2
δ 堰顶厚度
H
δ 堰顶厚度
堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同
δ/H<0.67 薄壁堰流
流体力学课件第七章堰流

流体力学课件第七章堰流


Q s mb 2g H0
3/ 2

侧收缩系数
§7-3
薄壁堰和实用堰

薄壁堰

矩形薄壁堰的流量公式
Q mb 2g H0
3/ 2
m (0.405
0.0027 B b H 2 b 2 0.03 )[1 0.55( ) ( ) ] H B Hp B
• 三角堰的流量计算公式
第七章
§7-1
堰
流
堰流及其特征
堰流——上游来水是缓流，势能转化为动能；主要 考虑局部水头损失，属急变流。
堰的分类（1）
薄壁堰

H
0.67
堰的分类（2）
实用堰
0.67

H
2.5
堰的分类（3） 宽顶堰
2.5

H
10
§7-2

2 0v0
宽顶堰溢流
基本公式(1)
v2 H 0 hc 0 0 2g 2g 2g
和侧收缩系数
2g

表示。掌 握 、
s

、 m的计算
方法。宽顶堰的最大流量系数为0.385。
பைடு நூலகம்
令
m k 1 k
3/ 2
Q mb 2g H0
基本公式(3)
p 0 3 .0 H
p 3 .0 H
0 p 3 .0 H
m 0.32 0.01
p 3 H p 0.46 0.75 H
直角进口
m 0.32
圆弧进口
p 3 .0 H
m 0.36 0.01 p 1.2 1.5 H
v 2
堰上水头 收缩水深
第八章 堰流

第八章 堰流


判断：相同水头的作用下，实用堰的过流能 力比宽顶堰大。
答： 对
运行中的初沉池出水堰
运行中的二沉池
8.2 堰流基本公式
堰流的主要特征：可以不计或无沿程水头损失。 以无侧收缩矩形薄壁堰为例，1-1断面距堰壁上游 （3~5H），2-2断面中心与堰顶同高，基准面0-0通过堰 顶，建立伯努利利方程：
8-1 一无侧向收缩矩形薄壁堰，已知堰宽b=0.50 m，堰高 p=p’=0. 35 m ，堰上 水头H=0.40m， 当下游水深分别为 0.15 m、0.40m 和0.55m 时，求通过的流量各为多少? 解 （1）当下游水深为0.15m时，小于堰顶，所以为自由式堰 流，本题中 0.1 m< H<0.6m, H/p≤2及0.2 m<b<2.0 m， 所以采用巴赞公式
Q m0b 2 g H 1.5 0.4762 0.50 2 9.8 0.41.5 0.267m3 / s
（2）当下游水深为0.40m时，堰下游水位高于堰顶（满足 必要条件）， H/p’=0.40/0.35=1.14，由表（8-1）查的(z/p’)k=0.68， z/p’=(0.40+0.35-0.40)/0.35=1，所以为自由式堰流，所以 流量同上，仍为0.267m3/s （3）当下游水深为0.55m时，堰下游水位高于堰顶 H/p’=0.40/0.35=1.14，由表（8-1）查的(z/p’)k=0.68， z/p’=(0.40+0.35-0.55)/0.35=0.571，所以为淹没式堰流
H
2 00
2g

p2


2 22
2g

2 2
2g
ζ为堰进口所引起的局部阻力系 数， p2/γ≈0，令

第七章-堰流PPT课件


3
Qmcb 2gH2
mc
(0.4050.00270.03Bb)
H
H
[(10.55 b2)( H )2] B Hp
-
16
4、注意要点
1）H＞3m，否则因表面张 力作用将发生贴附溢流，
如右图。
a
2）水舌下面的空间应与大气
相通，否则水舌形成局部真
空，如图a,影响出流稳定。
通常应在水舌下面的侧壁上
b
设置通气管。如图b
曲线形 折线形
有坎 无坎
-
4
1、薄壁堰
δ/H<0.67
此时水舌不受堰壁厚度的影 响，水流呈自由下落曲线。
堰顶水头H 堰高P1
堰宽b 堰高P2
堰顶厚度δ
据堰上形状
矩形堰 三角堰 梯形堰
-
5
பைடு நூலகம்
2、实用断面堰
0.67＜ H ＜2.5
此时δ影响水舌的形状。过堰 水流开始受到堰顶的约束，但水流 基本上还是在重力作用下的自由下 落曲线。
第七章 堰流
§7－1 堰流的定义及分类 §7－2 堰流基本公式 §7－3 薄壁堰 §7－4 宽顶堰
-
1
§7－1 堰流的定义及分类
一、定义：
1、堰： 2、堰流：
明渠水流中的局部障壁称为堰。
无压缓流流经堰顶时的局部 水力现象称为堰流 。
堰 流 特 点
⑴ 上游发生水位壅高，然后水面降落 ⑵ 水力计算仅考虑局部水头损失，沿
1）当堰口形状为等腰三角形时（θ＝60°）：
Q＝1.343H2.47 m3/s
适用条件：H＝0.05～0.25m
2) 当堰口形状为θ＝90°时：
Q＝0.0154 H2.47 m3/s

第七章-堰流PPT课件


H
①当
0
p H
3
时：
3 p
A、当进口为直角形时：m0.320.010.460H.75p
H
3 p
B、当进口为圆弧形时：
m0.360.01 H 1.21.5 p
H
-
23

②当 P 3 时： H 进口为直角，m=0.32 进口为圆弧，m=0.36
③m值可按实验测定，在计算中可查表。（针对倾斜面）
3、说明：
-
29
1、计算流量系数m，初判出流形式。
2、初设H＝H0＝H01，计算得第一次流量值Q，由此求
得：
v1
Q1 1
v 3、由
1
得
H02
H
1 v12
2g
计算 ，得Q2 v2
4、按上述方法假定一系列H01，H02，H03，……， 得Q1，Q2，Q3，……
Qn Qn1 Qn
时，再复核出流形式，如与初判一致，
-
10
则堰流流量 Q2v2bk0H 2gH 0
令 mk ——流量系数
3
则有 Qmb 2gH2
3
或 Qm0b 2gH02 ——考虑行近流速纳入m0
的流量公式
-
11
§7－3 薄壁堰
薄壁堰是一种常用的量水设备，堰口形状主要 有矩形和三角形两种，下面分别介绍它们的流量计 算公式。
矩形
三角形
-
12
一、矩形薄壁堰：
-
14
2）巴赞公式
m 0(0 .40 0 .5 0 H0)[2 10 7 .5 5 H H P ]
公式适用范围： 0.2<b<2.0 (m) 0.24<P<1.13 (m) 0.05<H<0.6 (m)
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(1 )
a为墩形系数，矩形墩a=0.19，圆形墩a=0.10。
淹没式有侧收缩的宽顶堰溢流量
Q s mb 2 g H 0
3
2
13
五、薄壁堰和实用堰溢流
薄壁堰和实用堰虽然堰型和宽顶堰不同，但堰流的受 力性质(重力作用，不计hf)和运动形式(缓流经障壁顶部溢 流 ) 相同，因此具有相似的规律性和相同结构的基本公式。
三角形薄壁堰
用矩形堰量测小流量时，堰上水头很小，量测误差增 大。为使小流量(Q<100 l/s )仍能保持较大的堰上水头，就 要减小堰宽，为此采用直角三角形堰 H=0.05~0.25m
Q 1.4 H
5/ 2
(m /s) (m /s)
0.67H
3
B
H
H=0.25~0.55m
Q 1.343H
11
2．淹没的影响
2 0
2g
H0 H Q
v0
v
h
hc
P 1-1
2-2
c-c 淹没出流 hs 自由出流 hs
下游水位升高，顶托过堰水流，造成堰上水流性质 发生变化。堰上水深由h<hc变为h>hc ，水流由急流变为 缓流，下游干扰波能向上游传播，形成淹没溢流。 必要条件：下游水位高于堰顶 hs=h-p'>0 充分条件: 下游水位影响到堰上水流，急流变为缓流 3 hs=h-p'>0.8 2 s 0 淹没系数σs随淹没程度hs/H0的增大而减小，见P187表 7-9 12
2
2g
H c P 1 v0
v h
2
hc
c
hs hs
自由出流
一、自由式无侧收缩宽顶堰
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 (急流)，水面在堰尾第二次下降。 3 2 0
Q mb 2 g H
10
自由式无侧收缩的宽顶堰公式
Q mb 2 g H 0
1．薄壁堰溢流
矩形薄壁堰自由式溢流
Q m0b 2 g H 0 2
0.0027 H
3
m0计入行进流速水头的影响，采用巴赞公式
m0 (0.405
)[1 0.55(
2 H H P
) ]
公式适用范围：b≤2m，p≤1.13m，H≤1.24m 出现侧收缩可用修正的巴赞公式
2 b 2 0 . 0027 B b H m0 (0.405 0.03 )[1 0.55( ) ( ) ] H B H P B 14
2.47
3
淹没溢流时，不仅堰的 过水能力降低，而且下游水 面波动较大，溢流不稳定。 所以用于测量流量用的薄壁 堰，不宜在淹没条件下工 作。
H V0
Z
Zc h"
P1 h'
15
2、实用堰溢流0.67</H<2.5
第八节
本章学习要点：
堰流 Weir Flow
• 堰的形式：薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 • 堰流的基本公式。流量系数及其影响因素。
1
一、堰和堰流的定义
1、通俗定义：
堰：人们为了蓄水、发电、防洪、灌溉、交通、排水的 需要在河道和明渠上修筑的挡水建筑物，例如 坝、闸、桥、涵洞、坎等 堰流：水流经过这些挡水建筑物的流动
p/H>3.0
矩形直角进口 矩形修圆进口 m=0.32 m=0.36
3
2
流量系数m取决于堰口形式和相对堰高p/H，由经验公式
0 ≤p/H ≤ 3.0
m 0.32 0.01 3 P / H 0.46 0.75P / H m 0.36 0.01 3 P / H 1.2 1.5P / H
H d
0.67H
5
2、实用堰0.67≤ δ/H ＜2.5
实用堰堰顶厚度大于薄壁堰，δ 对水流有一定的影响， 但堰上水面仍一次连续降落； 其剖面有曲线型和折线型两种，水利工程中的大、中 型溢流坝一般都采用曲线型实用堰，小型工程常采用折线 型实用堰。
6
3、宽顶堰2.5≤ δ/H ＜10
宽顶堰堰顶厚度较大，δ/H>2.5，δ对水流有显 著影响，在堰坎进口水面发生降落，堰上水流近 似于水平流动，至堰坎出口水面再次降落与下游 水流衔接。 若堰宽增至δ/H＞10，hf 不能忽略，流动已不属 于堰流。 闸门全开放时的过闸水流、小桥孔过流、无压 短涵管过流等，都属于宽顶堰流。
Q mb 2 g H
3．侧收缩的影响
堰宽小于上游渠道宽b＜B，水流进入堰口后在侧壁 发生分离，堰的过流能力降低。非淹没式有侧收缩的宽顶 3 堰溢流量 2 0 侧收缩的影响用收缩系数 ε 表示，对单孔宽顶堰 a b 4 b B B 3 0.2 p
Q mb 2 g H
H
1
厚度：δ堰顶厚度 ，对堰的影响很大 速度：v0行近速度，上游来流速度 高度：H堰上水头，上游水位在堰顶上的最大超高
p，p’—堰上、下游坎高 h堰下游水深
4
三、堰的分类
堰顶溢流的水流情况，随δ/H比值范围而变化
1、薄壁堰δ/H ＜0.67
堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯， 当水舌回落到堰顶高程时，距上游壁面约O.67H，堰顶厚δ ＜ 0.67H则堰和过堰水流就只有一条边线接触，堰顶厚度 对水流无影响，故称为薄壁堰。薄壁堰主要用作测量流量 的设备。
4、说明
堰流是一种无压缓流，经过堰溢流后，上游发生壅水， 水深增加，堰上水面跌落 凡有堰处均伴随收缩，除发生壅水或跌水外，必有收 缩，收缩是堰流的最大特点，此时速度增加、水面下 降 ห้องสมุดไป่ตู้顶堰：水面收缩 桥墩间：侧面收缩
3
二、堰的特征值
宽度：B上游渠道宽，上游来流宽度(B=b无侧收缩)
b堰宽，水浸过堰顶的宽度(桥B≠b)
7
4、其它分类方式
根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系： 侧收缩堰（b<B） 无侧收缩堰（b=B） 按下游水位是否影响堰流性质： 自由式堰流（不影响） 淹没式堰流（影响） 按堰口的形状 矩形堰、梯形堰、三角堰
B H b
根据堰与水流方向的交角： 正堰、斜堰、侧堰
8
9
四、宽顶堰溢流
H0
1
2 0
2、水力学定义：
堰：在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的 障壁。 堰流：缓流经堰顶溢流的局部水流现象。堰顶溢流时， 由于堰对来流的约束，使堰前水面壅高，然后堰上水面 跌落，流过堰顶。
2
3、堰的工程应用：
水利工程：溢流堰是主要的泄水建筑物 给排水工程：常用的溢流集水设备和量水设备 实验室常用的流量量测设备