水力学课件第7章_堰流.ppt

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。 3、重新计算临界水深hc′: 1.3 hc′ =1.03m ＞h, 仍然自由出流。 （5）第三次近似计算流量 （6）验证出流形式 为自由出流，故所求流量为1.68m3/s。 符合要求 §7-4 小桥孔径水力计算 一、小桥过流现象 如图所示，小桥过流宏观上与宽顶堰溢流类似 二、淹没标准（submerged criterion） 桥下游水深 式中： 为桥下临界水深（critical depth ） 自由式（free style） 淹没式（submerged type ） 三、计算图式 自由式： 式中： 为桥孔水深 ψ 为桥孔水流垂向收缩系数 淹没式： 四、水力计算原则 水力计算原则主要从安全和经济两方面考虑 保证桥下不冲刷） 保证桥头路堤不淹没） 考虑标准孔径 （经济原则） （安全原则） 五、设计方案 从 出发进行设计 从 出发进行设计 不管从何方案设计，都必须综合考虑 、 、 三个因素，同时满足安全、经济原则 六、小桥孔径水力计算方法 以从 出发进行设计为例 1.计算桥孔临界水深hc 试算图解法 h hc Q2 g A3 B 2.判别流动型态（modes of flow ） 自由式 淹没式 3.计算小桥孔径b （自由式） （淹没式） 人工明渠 4.选取标准孔径B≥b 铁路、公路桥梁的标准孔径一般有4m、5m、 6m、8m、12m、16m、20m多种 5.校核桥前壅水H 选取标准孔径B后，需重新判别流动型态 自由式 淹没式 bridge front backwater （Standard aperture ） 桥孔流速V （自由式） （淹没式） 桥前壅水H （自由式） （淹没式） 例2： 1、计算临界水深hc: 1.3hc=1.04m＞h=1m，因此小桥为自由出流。 2、计算小桥孔径: 取标准孔径：B=16m 解： * 水 力 学 HYDRAULICS 第7章 堰流 水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝等建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量。 水流受闸门控制而 从建筑物顶部与闸 门下缘间孔口流出 时，这种水流状态 叫做闸孔出流。当 顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时，水流从建筑物顶部自由下泄，这种水流状态称为堰流。 堰、闸水流的判别 H e H e 堰 流 闸孔出流 为控制水位和流量而设置的顶部溢流障蔽称为堰。 堰流特征 堰流不受闸门控制水面为一条光滑的曲线。 上游壅水，水流在重力作用下运动，将势能转化为动能的过程； 急变流，能量损失主要是局部水头损失。 堰流的分类 堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同 堰高P1 堰高P2 堰顶厚度δ δ 堰顶厚度 δ 堰顶厚度 堰宽b 堰顶水头H H H 按δ/H分类 δ/H0.67 薄壁堰流 0.67δ/H2.5 实用堰流 2.5δ/H10 宽顶堰流 曲线形 折线形 有坎 无坎 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 有无侧向收缩 无侧收缩堰流 b=B 有侧收缩堰流b≠B 堰流的基本公式 应用能量方程式可推得 过堰流量 堰宽 堰顶全水头 H V0 流量系数 侧收缩系数 淹没系数 水力计算类型 计算过堰流量Q 计算堰上水头H 设计堰宽b 薄壁堰流的水力计算 薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。 当矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流时，水流最为稳定，测量精度也较高； 堰上水头不宜过小，一般不宜小于2.5m； 水舌下面的空间通气良好； H §7-2 宽顶堰溢流 一、水流特点 如图所示，自由式时，两次跌水 broad crest weir 图 有坎的宽顶堰流 有坎宽顶堰流 底坎引起水流在垂直方向收缩 H 0 0 P P’ v0 δ 1 1 v1 H v0 图 隧洞或者涵洞进口无坎宽顶堰流 无坎宽顶堰流 由于侧向收缩，进口水面跌落，产生宽顶堰。例如，当水流进入涵洞或隧洞进口流，经过桥墩之间