Transcript 流量系数淹没系数
第八讲 第十四章 明槽中的恒定急变流 作业：14-4, 14-5(剖面形状部分不作) 三峡工程 上节总结 闸孔出流 Q 0 be 自由出流 2 gH 0 Q s 0 be 2gH 0 淹没出流 流量系数的确定 相对开度 0.40 e/H 收缩系数 流量系数 s 淹没系数的确定 0.45 0.63 0.638 0.617 0.619 0.50 0.645 0.621 0.55 0.60 0.650 0.660 0.623 0.625 z H ht z/H H0 淹没出流 H hz e 0 hco 1 ht 2 e/H 三峡工程 关注三峡工程 混凝土重力坝，轴线全 长2309.47 米，坝顶高程 185 米，最大坝高175 米. 泄洪坝段长483 米，有23个深孔 和22个表孔。深孔进口孔底 高程90米；表孔堰顶高程158 米。下游采用鼻坎挑流消能。 枢纽最大泄洪能力为11.6万立方 米／秒。 关注三峡工程 三峡导流明渠 2002年11月6日截流 流量如何计算？ 龙口处流动是几维？ 水流分离 侧收缩 20m 上游围堰 戗堤龙口 上游围堰 戗堤龙口 5m 内容提要 堰流动画 堰的分类与流量公式 薄壁堰 矩形堰 三角堰 实用堰(WES剖面) 高堰 重点： 流量计算 低堰) 难点：流量系数 淹没系数；侧收 缩系数的确定 葛洲坝枢纽工程大江截流围堰龙口水流情况 堰顶溢流 教材下册 80页 定义 水流受到堰墙或者两侧边墙阻碍，使之上游水面壅高， 至一定高度时，水流沿堰顶溢流下泄，溢流水股的上 表面不受外界任何约束，而为一连续自由降落水面。 这种过流称之为堰顶溢流。 根据堰墙厚度与堰 上水头的比值不同， 可将堰流分成三类： 薄壁堰—堰墙很薄 实用剖面堰—堰墙稍厚 宽顶堰 堰顶溢流 一 堰流的主要特征 作用力: 重力起主要作用，溢流的自由水面 有明显降落 能量损失: 能量损失以局部水头损失为主 流态: 堰顶溢流时，其堰顶上的水流流线急 剧弯曲，属于急变流动。 流态的过渡—从缓流向急流过渡。因此各种堰 流在其堰顶都要出现临界水深。 堰顶溢流 二 堰流的分类 0 ① 薄壁堰流：堰墙厚度很薄 ③宽顶堰 2.5 10 1 P 0.67 H 0 (3-2)H 0 堰流水股与堰顶几乎线接触, 亦即水流沿其前进方向几乎 不受堰墙厚度的影响。 ②实用堰溢流：堰墙 稍厚 1 H P1 H 1 1 0.67 P 2.5 H 0 0 P1 H H P 0 1 1 P1 三 堰流流量计算 H 0 p1 / m 1v1 / 2 g (v1 ) /( 2 g ) 这里 2 H 0 H ( 0v0 ) /( 2 g ) 2 v1 2 g[ H 0 ( p1 / ) m ] 流速系数 1 / (1 ) 3)流量 Q kH 0 bv 1 k b 1 2g H 0 Q mb 2 g H 0 3/2 3/ 2 m k 1 2 1)出流水股厚度 2)压强分布 h kH 1 0 p1 / m H0 三 堰流流量计算 流量 Q mb 2 g H 流量系数 0 1 P 3/ 2 0 0 m k 1 压强分布系数 k 考虑淹没 1 H (3-2)H 水股收缩系数 Q s mb P1 流速系数 3/2 2g H 0 不同情况下 淹没系数 考虑侧收缩 Q s mb 如何确定m , s , 3/2 2g H 0 侧收缩系数 是本节课的难点 四 薄壁堰溢流 1 矩形薄壁堰 修正的巴赞公式 Q m 0b 2 g H 3/ 2 Bazin formula： 2 2 0.0027 B b H b m0 0.405 0.03 1 0.55 H p B H B 1） m0为流量系数 2）侧收缩、趋近流速 水头的影响包含在 m0中 3 薄壁堰不适宜 在淹没条件下工作 四 薄壁堰溢流 2 三角型薄壁堰流 dq m 0 2 g h 流量 Q db 4 m tg 2 g H 5/ 2 5 0 2 90 简化 3/2 0 H 0.05 ~ 0.25 m0 0.396 m Q 1.4 H 5/ 2 适用范围: P 2H B (3 ~ 4 ) H Q 0 .1 m / s 3 Q 1.4 H 5/ 2 单位:Ｈ:m；Ｑ:m3/s 2.5 / H 0.67 五 实用堰溢流 实用堰分类 1）按其剖 面形状 0 H 折线型 1 1 P P1 曲线型 0 2）按堰高分 流量公式: 实用堰堰流动画 高堰 P >= 1.33Hd 低堰 P <1.33Hd 3 Q s mb 2 g H 0 2 Hd 为设计水头 五 实用堰溢流 1 实用堰剖面 Water way Experimental Station WES WES剖面 上游面为斜面 上游为垂直面 x KH d n 1.85 x n 1 y 2.0 H d 0.85 y 五 实用堰溢流 3 WES 剖面堰的流量系数 P 1 . 33 H d 高堰 纵坐标 横坐标 Hd H0 / Hd m / md 设计水头 主要看 P 1 . 33 H d 一条曲线 md H 0＝ H d md 0.502 Q s mb 2 g H 0 2 由图14－10确定 m 五 实用堰溢流 WES堰高（P >= 1.33Hd ) H0 Hd 堰面产生负压 m md H0 Hd 堰面产生正压 m md 3 Q s mb 2 g H 0 2 流量系数由 图14－11确定 纵坐标 H0 / Hd 横坐标 m 五 实用堰溢流 侧收缩系数 3 Q s mB 2 g H 0 2 区分趋近流速计算时 使用的宽度和本公式 的 B 侧收缩系数 1 0.2[ k (n 1) 0 ] nb H0 0 闸敦形状系数 k 边敦形状系数 n-闸孔数目 b-单个闸孔净宽 B = nb P96 表14－3 五 实用堰溢流 实用高堰淹没系数 H0 z0 H hs P P WES剖面堰 hs 堰下游水位高于 堰顶的高度 P1 堰高,以下游基 准计算 P1 / H 0 hs / H 0 高堰 1 横坐标 纵坐标 hs / H 0 0 ? Q s mB 2 g H 0 2 流速水头 可以忽略 H0 用 H 代替 3 图14－15 淹没系数等值线图 五 实用堰溢流 低堰 P <=1.33Hd H 3 Q s mB 2 g H 0 2 p 1 堰较低，趋近流速水头不可忽略 H 0 H v /( 2 g ) 2 2 流量系数 m 对于上游为垂直面的 WES 低堰 1） 在设计水头情况下 md 0.4987( P / H d ) 0.0241 2）非设计水头情况下 由图14－10确定 m/md 3 侧收缩系数 同WES高堰 1 0.2[ k (n 1) 0 ] nb H0 小结 假定 薄壁堰 h kH 1 0 1)出流水股厚度 2)压强分布 ( p / ) m H 1 0 流量 Q mb 2 g H 03 / 2 流量系数 总水头 m k 1 Q m 0b 2 g H 1 矩形薄壁堰 3/ 2 m0－Bazin formula 2 三角型薄壁堰流 Q 4 m tg 2 g H 5/ 2 5 0 2 小结 淹没判断相同 P >= 1.33Hd WES实用高堰 H0 H 流量系数 图14－11 3 Q s mB 淹 没 系 数 侧 收 缩 2g H0 2 流 量 系 数 WES实用低堰 Q s mB 总 水 头 P1 hs / H 0 P < 1.33Hd 3 2g H0 2 md 0.4987( P / H d ) 0.0241 由图14－10确定 m/md 克－奥实用高堰 P >= 3—5H P hs z0 m = 0.49 P1 / H 0 淹没系数 图14－15 侧收缩系数的确定 用相同的公式 P98 例14.1 已知 P>1.33Hd 高堰; 非淹没溢流; B=16×15=240(m);Qd=2800m3/s; 在设计 条件下 3 Q s md b 2 g H 0 d2 s 1 md =0.502 1 0.2[ k (n 1) 0 ] H0d nb 1 0.0062 H 0 d k 0.7 0 0.45 解得 H0d = 15 (m) 堰顶高程 125-15=110(m) 堰高 P=110-30=80(m) P/H0d =80/15 > 1.33 验证是高堰 校核流量 故可以略去趋近流速水头 3 Q s md b 2 g H 0 d2 28123 m3/s P98 例14.1 (一)上游水位127.2m, 下游56m, H=127.5-110=17.2 3 Q s m b 2 g H 0 2 28123 验证是高堰，H0=H 1 0.2[ k (n 1) 0 ] nb 0.893 H0 求侧收缩系数 流量系数 H0/Hd=1.147 查图 14－11得, m =0.512 3 Q s m b 2 g H 0 2 34676 P98 例14.1 (二）上游水位121.6m, 下游51m, H=121.6-110=11.6 验证为高堰， 然后近似取 H0=H 求侧收缩系数 1 0.2[ k (n 1) 0 ] nb 0.928 H0 流量系数：H0/Hd=0.773 查图 14－11得, m=0.485 3 Q s mb 2 g H 0 2 18906 课堂测验题 学号为单号的同学请作1题 1 写出闸孔淹没出流的流量计算公式，说明各 系数的取法。 (要求画出示意图，在图上标明 主要符号) 学号为双号的同学请作2题 2 写出WES高堰淹没出流的流量计算公式，说 明各系数的取法。(要求画出示意图，在图上 标明主要符号)