第9章
堰 流
一、堰和堰流 堰：在明渠缓流 在明渠缓流中为控制水位和流量而设置的顶 缓流中为控制水位和流量而设置的顶 部溢流的障壁就称为堰。 部溢流的障壁就称为堰。 §9.1 堰流及其特征
L=(3~5)H
堰流的基本特征量 堰流的基本特征量： 基本特征量：
H δ P V0 P' h 水舌 Z
§9.1 堰流及其特征 §9.2 宽顶堰溢流 §9.3 薄壁堰和实用堰溢流
堰流（ 堰流（Weir Flow）：缓流越过阻水的堰墙溢出 流动的局部水流现象( 流动的局部水流现象(急变流) 急变流)称为堰流。 称为堰流。 研究主要目的： 研究主要目的： 探讨流经堰的流量Q及与堰流
斗拱模型有关的特征量之 间的关系。 间的关系。 堰流应用： 堰流应用：泄水建筑物、 泄水建筑物、溢流集水设备和量水设 备、流量量测设备。 流量量测设备。
1 2
1、堰上水头H； 2、堰宽b； 3、上游堰高P、下游堰高P’； 4、堰顶厚度δ； 5、上、下游水位差Z； 6、堰前行近流速V0。
3
§9.1 堰流及其特征
二、堰的分类 1. 根据堰顶厚度δ与堰上水头H的关系： 的关系：
薄壁堰（ 薄壁堰（Thin-wall Weir）（ δ/H<0.67） 无沿程水头损失hf。
§9.1 堰流及其特征
§9.1 堰流及其特征
堰
实用堰（ 实用堰（Ogee Weir）（ 0.67<δ/H<2.5） 一次跌落， 一次跌落，可忽略hf。 宽顶堰（ 宽顶堰（Broad-crest Weir）（2.5<δ/H<10） 二次跌落， 二次跌落，可忽略hf。
4
5
6
§9.1 堰流及其特征
2. 根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系： 的关系：
B
§9.2 宽顶堰溢流
一、自由式无侧收缩宽顶堰
主要特点： 主要特点：进口不远处形成一收缩水深 进口不远处形成一收缩水深h，此收缩水深小于 堰顶断面的临界水深hc（堰上水流呈急流 堰上水流呈急流状态 急流状态）， 状态），以后形 ），以后
形 成流线近似平行于堰顶， 成流线近似平行于堰顶，水面在堰尾第二次下降 水面在堰尾第二次下降， 堰尾第二次下降，与下游 衔接。 衔接。
1
2 α 0υ0
汽水取样装置
§9.2 宽顶堰溢流
列1-1，2-2断面能量方程： 断面能量方程：
H+
令
侧收缩堰（ 侧收缩堰（b<B）
H b
α 0υ02 αυ 2 υ 2 = hc 0 + +ζ 2g 2g 2g
2
堰 无侧收缩堰（ 无侧收缩堰（b=B）
0 H 0 = H + α20υ g
， α = 1 .0
2
2
则
c hc hs 自由出流
H 0 − hc 0 = (1 + ς ) υ 2g
3. 按下游水位是否影响堰流的性质： 按下游水位是否影响堰流的性质： 自由式堰流（ 自由式堰流（不影响） 不影响） 堰 淹没式堰流（ 淹没式堰流（影响） 影响） 7
2g
H0
H c P 1 v0
υ =
hc0 2 δ
1 1+ς
2 g ( H 0 − hc 0 ) = ϕ 2 g ( H 0 − hc 0 )
令 k= hc0/H0 ，则得宽顶堰的流量公式 则得宽顶堰的流量公式： 宽顶堰的流量公式：
Q = Aυ = bhϕ 2 g ( H 0 − hc 0 ) = bϕ k 1 − k 2 g H 03/ 2 = mb 2 g H 03/ 2
8 9
§9.2 宽顶堰溢流采集重构
式中
§9.2 宽顶堰溢流
判别条件： 判别条件：
h s ≥ 0.75 ~ 0.85 ≈ 0.8 H 0
§9.3 薄壁堰和实用堰溢流
薄壁堰和实用堰相同之处 薄壁堰和实用堰相同之处： 相同之处：堰流的受力性质 堰流的受力性质（ 受力性质（重 力，不计沿程阻力） 不计沿程阻力）和运动形式（ 运动形式（缓流经障壁顶 部溢流）。 部溢流）。
ζ
υ 2g
2
——堰进口处的局部水头损失； 堰进口处的局部水头损失；
ϕ——流速系数
ϕ=
1 1+ζ
m——堰流量系数 m = ϕk 值在0.32 值在0.32~0.385之间 0.385之间。 之间。 二、淹没的影响
1 − k 。一般地， 一般地，m
淹没溢流由于受下游水位的顶托， 淹没溢流由于受下游水位的顶托，堰的过流能力降低。 堰的过流能力降低。淹没 的影响用淹没系数 σ s 表示 ，随淹没程度的增大而减小。 随淹没程度的增大而减小。
Q = σ s mb 2 g H 0 2
堰上水流呈缓流 堰上水流呈缓流状态 缓流状态
3
1
2 αυ 0
2 淹没出流 c v h 2 δ
申智惠10
2g
三、侧收缩的影响 堰宽小于上游渠道宽b 堰的过流能力降低。 堰宽小于上游渠道宽 b＜B，堰的过流能力降低 。侧 收缩的影响用收缩系数ε 收缩的影响用收缩系数ε表示
Q
H0
H c P 1 v0
hc
hs
Q = ε mb 2 g H 0 2
ε与相对堰高p/H 与相对堰高p/H， p/H，相对堰宽b/B 相对堰宽b/B， b/B，墩头形状有关。 墩头形状有关。 11
12
3
§9.3 薄壁堰和实用堰溢流
一、薄壁堰溢流 1 矩形薄壁堰
§9.3 薄壁堰和实用堰溢流
二、实用堰溢流 1. 堰和堰流 2. 堰的分类
本 章 小 结
Q = m0b 2 g H
3/ 2
m0 是计入行进流速水头影响的流量系数
2 三角形薄壁堰
Q = mb 2 g H 0 2
m：曲线型实用堰取0.45 曲线型实用堰取0.45； 0.45；折线型实用堰取0.35 折线型实用堰取0.35~0.42 淹没影响 ( h > 0) s
3
薄壁堰（ 薄壁堰（ δ/H<0.67） 实用堰（ 实用堰（ 0.67<δ/H<2.5） 宽顶堰（ 宽顶堰（2.5<δ/H<10）
3. 宽顶堰溢流 宽顶堰溢流
Q = Aυ = bhϕ 2 g ( H 0 − hc 0 ) = bϕ k 1 − k 2 g H 03/ 2 = mb 2 g H 03/ 2
Q = σ s mb 2 g H 0 2
侧收缩影响 ( b < B )
Q = 1.4 H 5/ 2
3
4. 薄壁堰溢流 薄壁堰溢流 矩形薄壁堰 三角形薄壁堰
Q = m0b 2 g H 3/ 2
Q = 1.4 H 5/ 2
θ = 90 , H = 0.05 − 0.25m
3
θ = 90 , H = 0.05 − 0.25m
13
Q = 1.343H 2.47 θ = 90 , H = 0.25 − 0.55m
Q = mε b 2 g H 0
3
2
ε = 0.85 ∼ 0.95
制卡机14
Q = 1.343H 2.47 θ = 90 , H = 0.25 − 0.55m
5. 实用堰溢流
Q = mb 2 g H 0 2
蚀刻工艺
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