曲线形实用堰WES剖面堰面曲线的计算(1)
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宽顶堰流的水力计算如图所示,水流进入有底坎的堰顶后,水流在垂直方向受到堰坎边界的约束,堰顶上的过水断面缩小,流速增大,势能转化为动能。
同时堰坎前后产生的局部水头损失,也导致堰顶上势能减小。
所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。
从水力学观点看,过水断面的缩小,可以是堰坎引起,也可以是两侧横向约束引起。
当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时,由于进口段的过水断面在平面上收缩,使过水断面减小,流速加大,部分势能转化为动能,也会形成水面跌落,这种流动现象称为无坎宽顶堰流,仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。
(一)流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度,不同的进口堰头形状,可按下列方法确定。
1、进口堰头为直角(8-22)2、进口堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。
在公式(8-22)、(8-23)中为上游堰高。
当≥3时,由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度,故计算时将不考虑堰高变化的影响,按=3代入公式计算值。
由公式可以看出,宽顶堰的流量系数的变化范围在0.32~0.385之间,当=0时,=0.385,此时宽顶堰的流量系数值最大。
比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数,我们可以看到前者比后者大,也就是说实用堰有较大的过水能力。
对此,可以这样来理解:实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流,其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值,即堰顶水流的压强和势能较小,动能和流速较大,故过水能力较大;宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流,其断面动水压强近似按静水压强规律分布,堰顶水流压强和势能较大,动能和流速较小,故过水能力较小。
(二)侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式(8-21)计算。
(三)淹没系数当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时,就成为淹没出流。
试验表明:当≥0.8时,形成淹没出流。
淹没系数可根据由表查出。
无坎宽顶堰流在计算流量时,仍可使用宽顶堰流的公式。
实用堰水力计算实用堰流的水力计算[日期:06/21/200620:09:00]来源:作者:[字体:[url=javascript:ContentSize(16)]大[/url][url=javascript:ContentSize(14)]中[/url][url=javascript:ContentSize(12)]小[/url]](一)实用堰的剖面形状实用堰是工程中既可挡水又可泄水的水工建筑物,根据修筑的材料,实用堰可分为两大类型:一是用当地材料修筑的中、低溢流堰,堰顶剖面常做成折线型,称为折线形实用堰。
一是用混凝土修筑的中、高溢流堰,堰顶制成适合水流情况的曲线形,称为曲线形实用堰。
曲线型实用堰又可分为真空和非真空两种剖面型式。
水流溢过堰面时,堰顶表面不出现真空现象的剖面,称为非真空剖面堰;反之,称为真空剖面堰。
真空剖面堰在溢流时,溢流水舌部分脱离堰面,脱离部分的空气不断地被水流带走,压强降低,从而造成真空。
由于真空现象的存在,堰面出现负压,势能减少,过堰水流的动能和流速增大,流量也相应增大,所以真空堰具有过水能力较大的优点。
但另一方面,堰面发生真空,使堰面可能受到正负压力的交替作用,造成水流不稳定。
当真空达到一定程度时,堰面还可能发生气蚀而遭到破坏。
所以,真空剖面堰一般较少使用。
一般曲线型实用堰的剖面系由以下几个部分组成:上游直线段,堰顶曲线段,下游直线段及反弧段,如图所示。
上游段常作成垂直的;下游直线段的坡度由堰的稳定和强度要求而定,一般取1:0.65~1:0.75;圆弧半径可根据下游堰高和设计水头由表查得。
当10m时,可采用=0.5;当9m时,近似用下式计算,式中为设计水头。
在工程设计中,一般选用=(0.75-0.95)(为相应于最高洪水位的堰顶水头),这样可以保证在等于或小于的大部分水头时堰面不会出现真空。
当然水头大于时,堰面仍可能出现真空,但因这种水头出现的机会少,所以堰面出现暂时的、在允许范围内的真空值是可以的。