20 水力学下 第十讲 明槽中的恒定急变流.pptx

第1页：内容提要

三峡工程第10讲第10讲作业

14-3,14-4,14-614-5(剖面形状部分不作)第十四章明槽中的恒定急变流内容提要

实用堰

• 宽顶堰高堰(克－奥剖面)高堰(WES剖面)低堰(WES剖面)低堰(梯形剖面)直角进口园角进口无砍宽顶堰流量计算公式流量系数确定淹没系数确定测收缩系数的确定

第2页：上节复习 闸孔出流

上节复习上节复习1闸孔出流淹没出流自由出流0Q=μ0be2gH2gH0Q=σsμ0bee/H相对开度ε收缩系数μs流量系数

• 400.630.6170.450.6380.6190.500.6450.6210.550.6500.6230.600.6600.625流量系数的确定012H0Hhcoht淹没出流hze淹没系数的确定z=H−hte/Hz/H

第3页：上节复习 堰顶溢流

上节复习上节复习2堰顶溢流分类薄壁堰δ/H≤0.670.67<δ/H≤2.5实用堰宽顶堰3流量02gH3/2Q=mb2.5<δ/H≤10m=kφ1−ξ1)出流水股厚度2)压强分布:h1=kH04矩形薄壁堰修正的巴赞公式

• −0.030.0027

• 1+0.55

H+p

• BB−b

• HHm0=

• 405+(p1/γ)m=ξH02gH3/2Q=m0b5三角型薄壁堰流Q=1.4H5/2

第4页：一 实用堰溢流

一实用堰溢流一实用堰溢流1实用堰分类2流量计算：从能量方程出发实用堰堰流动画1）按剖面形状分2）按堰高分折线型曲线型33Q=σsεmb2gH02可以得到Q=mb2gH02H0为上游断面的能量；

m为流量系数，包括局部阻力，下游收缩断面水深等因素00PH11P12.5>δ/H≥0.67若考虑侧收缩和淹没影响高堰P>

=1.33Hd低堰P<

• 33HdHd为设计水头

第5页：WES剖面堰的剖面形状

一实用堰溢流一实用堰溢流3实用堰剖面上游面为斜面上游为垂直面1）WES剖面dn−1yxn=KHd0.85yx1.85=2.0HWaterwayExperimentalStationWES2)克－奥曲线剖面堰克里格尔—奥菲采洛夫适用范围：P/H>

=3～5流量系数m=0.490

第6页：WES剖面堰的流量系数

一实用堰溢流一实用堰溢流4WES剖面堰的流量系数32gH02Q=σsεmbHd纵坐标横坐标md由图14－10确定m0dH/Hm/md设计水头H0＝Hd高堰P≥1.33Hd一条曲线主要看P≥1.33Hdmd=0.502适适用用范范围围？

高堰低堰

第7页：高堰流量系数查算

一实用堰溢流一实用堰溢流流量系数由图14－11确定WES堰高（P>

=1.33Hd)230b2gHmQ=σsε纵坐标横坐标H0/HdmH0>Hd堰面产生负压m>mddH<H0堰面产生正压m<md适用范围围？

高堰图14－11仅适用于高堰，图14－10仅有一条曲线适用于高堰。

图14－11的适用水头范围更大一些

第8页：实用堰的侧收缩系数

一实用堰溢流一实用堰溢流nbHk00+(n−1)ζ]ε=1−0.2[ζ5侧收缩系数32gH02Q=σsεmBn-闸孔数目b-单个闸孔净宽B=nb闸敦形状系数边敦形状系数侧收缩系数区分趋近流速计算时使用的宽度和本公式的Bζ0ζk

第9页：闸墩的侧收缩系数

闸墩的测收缩系数ζ0=0.4ζ0=0.3ζ0=0.150.800.450.253)尖圆形1)矩形2）契形或半圆形闸墩头顶端伸出部平面上游壁面形状a=0.5H0顶端与上游壁面齐平α＝0hs/H0≤0.75hs/H0=0.8hs/H0=0.85hs/H0=0.90.860.920.980.510.570.630.320.390.46P96表14－3闸墩侧收缩系数ζ0nbHk00+(n−1)ζ]ε=1−0.2[ζP1hsz0PH0H

第10页：实用高堰淹没系数

P1hsz0PH0H6实用高堰淹没系数一实用堰溢流一实用堰溢流32gH02

• Q=sεmBhsP1图14－15淹没系数等值线图WES剖面堰堰下游水位高于堰顶的高度堰高,以下游基准计算P1/H0hs/H0高堰H0用H代替横坐标纵坐标hs/H0<0?

流速水头可以忽略

第11页：低堰的流量计算

一实用堰溢流一实用堰溢流37低堰P<

=1.33HdQ=σsεmB2gH021)堰较低，趋近流速水头不可忽略H0=H+v/(2g)22)流量系数m对于上游为垂直面的WES低堰由图14－10确定m/md其中md使用

• 502在设计水头情况下md=0.4987(P/Hd)0.0241nbHk003)侧收缩系数同WES高堰ε=1−0.2[ζ+(n−1)ζ]P1hsz0PH0H

第12页：梯形剖面堰流量系数

一实用堰溢流一实用堰溢流8梯形剖面堰（低）流量系数m梯形低堰m=0.35～0.42δHp32gH02堰Q=σsεmB上游为垂直面的梯形低堰m=0.35～0.42Hpδ

第13页：例14.1 求解设计水头

例14.1 求解设计水头：下表列出相关数据。

P98例14.13d2gH02Q=σsεmdb已知ζk=0.7解得H0d=15(m)P>

• 33Hd高堰;

非淹没溢流;

B=16×15=240(m);

Qd=2800m3/s;

在设计条件下nbHk00d=1−0.0062H0d+(n−1)ζ]ε=1−0.2[ζζ0=0.45σs=1md=0.502堰高P=110-30=80(m)验证是高堰校核流量故可以略去趋近流速水头堰顶高程125-15=110(m)P/H0d=80/15>

• 33230dQ=σsεmdb2gH3=28123m/s

第14页：例14.1 上游水位工况

例14.1 上游水位工况：下表列出相关数据。

P98例14.1(一)上游水位127.2m,下游56m,H=127.5-110=17.2求侧收缩系数验证是高堰，H0=H流量系数H0/Hd=1.147查图14－11得,m=0.51232gH02=28123Q=σsεmb00=0.893nbHk+(n−1)]ε=1−0.2[ζζ32gH02=34676Q=σsεmb

第15页：例14.1 高堰验证

例14.1 高堰验证：下表列出相关数据。

P98例14.1验证为高堰，然后近似取H0=H32gH02Q=σsεmb=18906(二）上游水位121.6m,下游51m,H=121.6-110=11.6求侧收缩系数流量系数：H0/Hd=0.773查图14－11得,m=0.4850Hk0nb+(n−1)]=0.928ε=1−0.2[ζζ

第16页：二 宽顶堰溢流

二宽顶堰溢流02gH3/2sQ=εσm(nb)m=0.32+0.01(3−P/H)/(0.46+0.75P/H)HChcoP00H0Cm=0.36+0.01(3−P/H)/(1.2+1.5P/H)矩形直角前沿矩形园角前沿00H0HPChco

第17页：宽顶堰侧收缩系数

二宽顶堰溢流1宽顶堰侧收缩系数:2gH3/2s0Q=σm(nb)00H0HPChconbH0k0+(n−1)]ε=1−0.2[ζζζ0=0.4ζ0=0.3ζ0=0.150.800.450.253)尖圆形1)矩形2）契形或半圆形闸墩头顶端伸出部平面上游壁面形状a=0.5H0顶端与上游壁面齐平α＝0hs/H0≤0.75hs/H0=0.8hs/H0=0.85hs/H0=0.90.860.920.980.510.570.630.320.390.46P96表14－3闸墩侧收缩系数ζ0hs

第18页：宽顶堰淹没系数

二宽顶堰溢流2宽顶堰淹没系数淹没判定条件淹没系数，P106表14－402gH3/2

• sQ=εm(nb)0.950.900.850.8hs/H00.650.840.961.0σshsH0ccPhs/H0>0.75~0.85hs/hc>1.25~1.35

第19页：流量系数：见表

二宽顶堰溢流3无砍宽顶堰流量计算02gH3/2sQ=mσbHB0b直角形翼墙八字形翼墙园角形翼墙翼墙

• 侧收缩系数：单孔堰，不考虑侧收缩影响

• 淹没系数：近似由表14－4查用

• 流量系数：见表14－5

第20页：求出新的宽度

求出新的宽度：下表列出相关数据。

P107例14.2已知

n=2，B0=20mQ=200m3/sm=0.32+0.01(3−P/H)/(0.46+0.75P/H)=0.342V0=？

1)H0=H+v02/(2g)=4.104m2)m值？

V0=Q/A，A=B0×(H+P)宽顶堰式14－1732gH02Q=σsεmBε=0.953)假定σs=14)假定非淹没求出B=nb=16.71mnbHk00+(n−1)ζ]ε=1−0.2[ζ校核下游水位很低求：b＝？

5)求出新的宽度

第21页：例14.2 淹没溢流查表

例14.2 淹没溢流查表：下表列出相关数据。

P107例14.2(二)下游水位106.71)hs=106.7-103=3.7hs/H0=0.902>

• 8淹没溢流2)查表14－4得σs=0.8363)m=0.342（同上）4)=0.935（公式）5)H0=4.104m（采用非淹没值）6)修正H0…….32gH02=165.4Q=σsεmB106.7

第22页：WES实用高堰小结

WES实用高堰小结小结WES实用低320H

• smB2gQ=淹没系数流量系数侧收缩总水头PH0P1z0HhsP>

=1.33Hd淹没判断相同流量系数图14－11淹没系数图14－15Q=σsεmd=0.4由图14堰3mB2gH02987(P/H)0.0241d－10确定m/md侧收缩系数的确定用相同的公式克－奥实用高堰P>

=3—5Hm=0.4901P/HP<

• 33Hdhs/H0

第23页：堰流数值模拟

堰流数值模拟堰流数值模拟P1hsz0PH0H基本方程网格调整法基于变分

• 原理的方法VOF方法自由水面确定势流方程N-S方程雷诺方程要解决的问题泄流量水面线（挡水墙高度确定）堰面上的压力分布许协庆，自由面重力流的一种有限元解法，水力学报1980年第一期三峡截流

第24页：思考题

思考题思考题收缩系数淹没系数淹没条件流量系数流量Q出流形式判别条件孔口出流管嘴出流闸孔出流薄壁堰实用高堰克－奥实用高堰WES实用低堰WES宽顶堰(矩形直角)宽顶堰(矩形园角)