薄壁堰流的水力计算.ppt

第八章 堰流及闸孔出流
概述
在容器壁上开孔,液体经过孔口泄流的水力现象,称为孔口出流。若孔口上加设短管，而且壁厚或短管长度是孔口尺寸的3~4倍，这段短管称为管嘴。经过管嘴的泄流，称为管嘴出流。
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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。
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堰坎外形及厚度不同其能量损失及过水能力也会不同。工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H的比值大小及水流的特征将堰流分作：
1．薄壁堰流：
即 。
2．实用堰：
即 。
3．宽顶堰流：
即 。
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堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。
堰流与闸孔出流也存在着许多共同点。首先，堰流和闸孔出流都是因水闸或溢流坝等建筑物壅高了上游水位，在重力作用下形成的水流运动。其次，这两种水流都是在较短的距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物的过水能力均有一定影响。
其出流过程的能量损失主要是局部损失。
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闸孔出流和堰流是可以相互转化的。
随着闸门的开度逐渐
加大，过闸水流受到闸
门的约束越来越小，当
闸门开度增大到一定值
时，闸前水面下降并脱离闸门底缘，水流不再受闸门约束，此时水流由闸孔出流转化为堰流。相反闸门开度减少到一定值的时候，堰流也转化为闸孔出流。
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闸底坎平顶堰时
为闸孔出流；
为堰流；
闸底坎为曲线型堰流时
为闸孔出流；

为堰流；
式中：e为闸孔开度；H为从堰顶算起的闸前水深。
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8-2 孔口与管嘴出流
在容器侧壁上开孔，液体将从孔中流出，这种水流现象称为孔口出流。
一、恒定流孔口出流
当容器中水面保持恒定不变，
通过孔口的水流则为恒定流。
根据孔口的直径与孔口水头的
比值将孔口分为小孔口
和大孔口。 对小孔口，
由于孔直径比水头小的多，可
以近似认为孔口断面各点的压强和速度都相等。
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过水断面的收缩：流水流经过孔口时，由于惯性的作用，水流不能在孔口附近作直角转变，只能逐渐的弯曲，过水断面逐渐收缩，并在距壁约d/2出完成。此时的断面流线近似平行，符合渐变流条件，该断面称收缩断面。
即 c-c 断面，收缩断面的面积与
小孔的面积的比为收缩系数：
，的大小反映了水流的
收缩程度。
完全收缩和完善收缩的概念。
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收缩系数与孔口形状、大小、位置及水头有关系。
完全收缩和完善收缩（充分收缩）的概念。
完全收缩：孔口四周都发生的收缩的叫完全收缩。
部分周边收缩就是不完全收缩。
完善收缩：当孔口边缘离液面、底面或容器壁面的 距离都不小与孔口对应边长的三倍时，流线收缩完全，称为充分收缩或完善收缩。否则，就是不完善收缩。
下面讨论恒定孔口自由出流的公式：
（一）、恒定孔口自由出流
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对断面1-1： 对 c-c 断面
列能量方程得
令 ，
H：孔口水头。H0孔口全水头。 ：行近流速水头。
则 式中 为流速系数。
流量为 式中 为孔口的收缩系数。 为孔口出流的流量系数。
根