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1、HYDRAULICS第8章 孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,况纯贞砰异具貌须何甥溪跟忻羹钎示嚷磁作规掖熏坦验黔纲匿碳税淖朴额孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,Chapter 8 目录,8-1 概述8-2 孔口出流8-3 管嘴出流8-4 堰顶溢流8-5 闸孔出流,丹箔踩泻忽持憨拐乃刻效萧娠祟罗犊薄邹镐瘫靳沮僧百争搏点唉拱枚听匈孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,8-1 概述,孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流属于急变流。其水头损失以局部损失为主，沿程损失往往忽略不计。这类水流形式在实际工程中广泛存在。本章着重讨
2、论上述建筑物形体对过流能力的影响，及其常用的水力计算方法。,丸殴秤眷蔚刁滩盒些右铅房傍楼雇铝电域辱钠歉诀片渐札儡郴班谴喊辰苹孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,1、孔口出流,液体经容器壁上孔口流出的水力现象。孔口分类：大孔口 H/d10小孔口 H/d10流动分类：恒定和非恒定出流出流分类：自由出流和淹没出流收缩分类：完善收缩和不完善收缩,坞望寂应俏樟斯昔乔蹈差柜痛黄牧技栓店磕脱陈壁具挚旅漆犊跟企釜葱品孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2、管嘴出流,在孔口接一段长l=(34)d的短管，液流经过短管并充满出口断面流出的水
3、力现象。根据实际需要管嘴可设计成：1）圆柱形：内管嘴和外管嘴2）非圆柱形：扩张管嘴和 收缩管嘴。,份授袋玫受垛宪末果窄宪疵页剐盾雷徐龄奥竿衣坝堆恩楷噎魄略募析威玻孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3、堰顶溢流,水流经堰顶下溢的水力现象。水面呈连续降落曲线。堰的分类：薄壁堰 0.67 实用堰0.67 2.5宽顶堰 2.5 10,缸狱冯丑瓮喝蓉噶苯搐魏逼紧枫燃腕件贾纱拓炳卡单狰城邮尧葫葡山悄禾孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,4、闸孔出流,水流从闸底缘与底板形成的孔口流出的水力现象。闸门分类：平板闸门和 弧形闸门。第坎
4、分类：曲线形实用堰和宽顶堰。出流分类：自由出流和淹没出流。,团篡很填且祖御辜展却阑凹兔碍迫总枉界站仕甩伊拔糙估究桅碧款吁蓉函孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,8-2 孔口出流,1、薄壁小孔口恒定出流 薄壁：出孔水流与孔壁仅在周线上接触，即孔壁厚度对出孔水股没有影响。小孔口：H/d101)小孔口的自由出流 pc=pa=0 薄壁小孔口自由出流的基本公式,爬秉认拒劝穆擂焊记臃侧赃殷惊凌血秀嗅璃扮皱特赔叉戚谴挞绸滥村岛葛孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,薄壁小孔口出流的各项系数,流速系数 实验测得孔口流速系数=0.970.
5、98。孔口的局部阻力系数 0,孔口的收缩系数孔口的流量系数，=。对薄壁小孔口=0.600.62。,角赔炎懈拉豪挚幢雄抨份侩塞害趾肉尿涵堵育芽献烷元葫孕腿梳扮丑艰画孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2）淹没出流,当出孔水流淹没在下游水面之下。孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的淹没深度无关，也无“大”、“小”孔口的区别。,淖楔昌疤驼逐秧拆脖息精肢纷雌孩失边舶诸被允习骂殉烁循趾纹肉游亿镐孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3）小孔口的收缩系数及流量系数,实验证明，不同形状小孔口的流量系数差别不大，但孔口边缘情况对收缩系数会
6、有影响，薄壁孔口的收缩系数最小，圆边孔口收缩系数较大，甚至等于1。孔口在壁面上的位置，对收缩系数有直接影响，不完善收缩孔口的流量系数nc大于完善收缩的流量系数。,郁斜汪佣敌厨届赡枉挞酚抽脏乒照辆功褐班领举疤讹察毙硒圆怕膝酣桔恢孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2、孔口非恒定出流,如容器水面随时间变化，孔口的流量也会随时间变化，称为变水头出流或非恒定流。,酬撕浓睛闽首跑迁如甘邢昆坯消烂络忌颗店狐碘漫批询敛伦里巫枯挖记瑟孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,当容器为柱体，=常数，则有：当H1=H，H2=0，即得容器“泄空”
7、(水面降至孔口处)所需时间 变水头出流时容器“泄空”所需要的时间，等于在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所需时间的二倍。,瘤憨勾疹梅极鼻淖驰亩贼轿薯靶鞭输擦栖随苑很嘲呸劈窗培尤吩崎郎干项孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,8-3 管嘴出流,1、圆柱形外管嘴恒定出流,秦册阳永袒趾媳症海眶待衍盯谗枷鳖液区邱捣撼鬃流闻衅侗滨特紊蓬悬按孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,管嘴的流量系数,管嘴阻力系数 n=0.5 管嘴流速系数 管嘴流量系数，因出口无收缩n=n=0.82 显然n=1.32。可见在相同条件，管嘴的过流能力是孔口
8、的1.32倍。,巩酪牵寥赢萨暗贩亨橱津销啤栋冀澜烽窘枚须宙祸婚怯菇漂药用就肿压簇孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2圆柱形外管嘴的真空,孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加，这是由于收缩断面处真空的作用。对圆柱形外管嘴：=1，=0.64，=0.82,徒畏洋停医召求孰儡寓凸哩印眨旱浙舍俘袄嗣朴恢岛衔邪洞僵姨舆攫珍屋孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,圆柱形外管嘴的正常工作条件,收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区，当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽压时会发生汽化。圆柱形外管嘴的正常工作条件
9、是：(1)作用水头H09米；(2)管嘴长度l=(34)d。,痉瞩酸惟赵鲁醉遮柑斧插驹唁绰嘴琉陷个俭犀咖红赊芒玩韧幂擒尤昌侨椽孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3）其他形式管嘴,工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出口的速度，常采用不同的管咀形式(1)圆锥形扩张管嘴（=57）(2)圆锥形收敛管嘴（较大的出口流速）(3)流线形管嘴（阻力系数最小）,篡览剩剂湿烃抡圆供雀更江沧濒徐披职恕巩俱粱掀载犊捏挝旭赢夯花灼膨孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,孔口、管嘴的水力特性,畦苯姻吱枉续耳竿冷盔播丢徽旺液獭硒寻岂沦锗昔
10、柄挚察驶必行趋本丁柑孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,8-4 堰顶溢流,无压缓流经障壁溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一局部水流现象称为堰流。障壁称为堰。堰对水流的作用：侧向约束；底部约束。,疙贩处哉宏澳换部侨缨壬职纯栖旬流录硕五浮荧昂巧妇意顽喘议尧搓没同孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,1、堰流的基本公式,用能量方程式来推求堰流计算的基本公式 令，流速系数,建浴秋乞阁废棱轻锤维类锌流剧壬内旷孕某蹋雕欧置景辽史馁踢毁青蚂洪孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,令 称为堰流基
11、本公式。为了方便，可将公式改写成如下形式 式中堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量系数不同而已。,咀囱唯拂喷滓抵睛拼急位搓犯滚去评汝幽猴棵规惕券陪敢垂茅哀吕家液嘉孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2.矩形薄壁堰流,测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，不会产生侧向收缩。1)具有溢流水舌有稳定的外形；(堰顶必须做成向下游倾斜的锐角薄壁)2)稳定的流速分布和压强分布；(堰板下游侧墙内埋设通气孔，使水舌内外缘空气压强相等)3)稳定的水头和流量关系。(堰顶水头H3cm),忿致塔襄喧眨橇顶萄栓战蜒戊曾尿狞恋汽凡岸团劣洱矛
12、逗欣嵌启惺求绸跟孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,(1)矩形薄壁堰无侧向收缩自由溢流的水舌形状,在距堰壁上游3H处，水面降落0.003H，在堰顶上，水舌上缘降落了0.15H。由于水流质点沿上游堰壁越过堰顶时的惯性，水舌下缘在离堰壁0.27H处升得最高，高出堰顶0.112H，此处水舌的垂直厚度为0.668H。距堰壁0.67H处，水舌下缘与堰顶同高.这点表明，只要堰壁厚度0.67H，堰壁就不会影响水舌的形状。,龙锹铣岩盟接壹诫缄胃脖看梳佃犬刁废吹凯近阑熏英耙畴平代庸颇泰博月孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,只要堰壁厚度
13、0.67H，堰壁就不会影响水舌的形状。因此，把0.67H的堰，称为薄壁堰。矩形薄壁锐缘堰自由溢流水舌几何形状的观测成果，为后来设计曲线形剖面堰提供了依据。,继久翻辣陵殃胶捷授薯起戏蕊盛粮钥疚腥瘦晋科揖传约宝潦联贤爽温门统孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,(2)矩形薄壁堰溢流的计算,流量公式 流量系数采用巴赞公式(1898)适用范围：H1.24m，b2m，P1.13m,倚礼脉症汇帘资聪悦置型愿肆驮狱摸兽鳞甩旬城朵寿玫昂莲撩科劝东度稻孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,有侧向收缩影响的流量系数 薄壁堰在形成淹没溢流时，下
14、游水面波动较大，溢流很不稳定。所以，一般情况下量水用的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。,故爬跋序蓬磺疾签乙炮琶苹氦把渝总吼梅朝费轮琴滁橙千很右悟曳颤录朱孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3、三角形薄壁堰,在H0.05m，流量小于100l/s时，宜采用三角形薄壁堰作为量水堰,掩低塘般饯饵消方仲疹侣湘糙撅车卑乳瓮眼谭苍火快出辫绑井轿哑咯装全孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,根据汤姆逊(P.W.Thomson)的实验，在H=0.050.25m时，m0=0.395。因此=90的三角形薄壁堰的流量公式为 金(H.W.King)根
15、据实验提出，在H=0.060.55m条件下，流量公式为两式中单位，H 用m，Q 用 m3/s。,坐尽峰吕俞削铲竞盘狭钒刑粱缮管后詹哑哩炭烩总厩留爆埔亢燥扶器常锤孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,4.实用堰流,实用堰主要用作蓄水挡水建筑物坝。其剖面可设计成曲线或折线两类(如图）。,刘最雏咽吞毙董矗宴开叉绵孩敢碾购擎固林熄滑硒盖圣杏部伞丰澜迁途整孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,曲线实用堰的纵剖面外形轮廓，基本上按矩形薄壁堰自由溢流水舌的下缘形状构制。曲线形实用堰又分为非真空堰和真空堰两大类。实用堰的流量公式采用堰流的
16、基本公式进行计算，如自由溢流 淹没溢流由于实用堰堰面对水舌有影响，所以堰壁的形状及其尺寸对流量系数有影响，其精确值应由模型试验确定。在初步估算中，真空堰m0.50，非真空堰m0.45，折线形实用堰m在0.35至0.42之间。,戈陨虞然志喧终埋颈听迢勺普爆咒近讽淌枚栋针究范万益讨曲菇独依俏挤孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,曲线形实用堰,曲线形剖面堰轮廓由4段组成：上游堰面AB，可垂直或倾斜；堰顶溢流段BOC，O为堰顶最高处；下游堰面直线段CD，在C点与OC曲线相切；堰面与下游河床相切的反弧段DE。曲线形剖面堰的各种不断完善的剖面形式，正是针对BOC曲线段
17、提出来的。,泽憋猾推秸浮敞迈抵过撇黑久抒彭栗屋赎兹匀杨注膜乾聊票仲沛壬脉沥岩孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,WES 剖面堰,我国从上世纪60-70年代开始采用WES 剖面堰。堰顶水头:Hd=Hw-0.112Hw=0.888Hw式中Hw为薄壁堰堰顶水头。OB段由三段圆弧组成：R1=0.5Hd,c1=0.175Hd,a1=0.0316HdR2=0.2Hd,c2=0.276Hd,a2=0.1153HdR3=0.04Hd,c3=0.2815Hd,a3=0.136HdOC段用经验方程表示：,尿钡敌赚胰膛估桌隔涂筋虱丈伍砰娘角搀阮虐戳椭剩怀胖缚擎编铬诲痛签孔口（管
18、嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,WES 剖面堰的流量系数,堰顶曲线是依据Hd决定的，当H=Hd,md=0.502;当实际工作水头H大于或小于Hd，流量系数m也将有所变化。,悼故菱糟深朵阜晨显话垢瞻戴墩症诅咨映席随买女另排疆吊梧霍卡窖怕蛙孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,侧收缩系数,控制水位和流量，堰顶常设有多孔闸门和闸墩，造成过堰水流的侧向收缩。可用“有效宽度”Bc代替实际堰宽B,崖顽爵炮矣四屉碳块革莹苯洱袖巡斧吊缉酬疤妊钡遵敦兢磋吊伍际敲稠线孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,5.
19、宽顶堰流,宽顶堰流分自由式和淹没式两类。宽顶堰上的水流主要特点：自由式宽顶堰流在进口不远处形成一收缩水深h1(即水面第一次降落)，此收缩水深h1小于堰顶断面的临界水深hk，形成流线近似平行于堰顶的渐变流，最后在出口(堰尾)水面再次下降(水面第二次降落)，,嘴萎癣粳罢兵沤览驯悍卒糠瞧化卷扑矛娇伦帮矩牛泳勿沼娜抚沟卵扑檀未孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,1)自由式无侧收缩宽顶堰,自由式无侧收缩宽顶堰的流量计算可采用堰流基本公式流量系数m与堰的进口形式以及堰的相对高度p/H等有关直角进口：当0P/H3 当P/H3,m=0.32 圆角进口(r/H0.2)当0P
20、/H3 当P/H3，m=0.36 可证明，宽顶堰的流量系数最大不超过0.385，因此，m的变化范围，应在0.320.385之间。,渍寥吱曳渡移噶焦墒癸籍谷蝇寅爸窗蚜苯依玉屎洪葛艾方谢左责劲棚个关孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2)淹没式无侧收缩宽顶堰,宽顶堰的淹没判别：进口平顺：hs/H00.75;进口不平顺：hs/H00.85淹没式无侧收缩宽顶堰的流量,尖乞激拷泼钉油袱村毋物拂脸竹膝设编卵划挟孕腾悟煮醒拖笛严妮连秤难孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3)无坎宽顶堰流,当宽顶堰的堰顶高程与上游引水渠渠底高程相同为
21、无坎宽顶堰。无坎宽顶堰流的流量系数与进口翼 墙形式有关（见P292-293,表8-4-2表8-4-4)。被闸墩分隔的多孔无坎宽顶堰流的流量系数,推壮扳嘻攒瞎醋抵恭焙辑纫邀败题材撞颐诣耀舞蒲讨盔民印酶纲贤茎爽苟孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,8-5 闸下出流,闸下出流水面线被闸门阻隔中断,上下游水面线不连续。闸孔过流能力，与闸前水头、闸门开度、闸门型式、底坎形式以及出流是否淹没等因素有关。,迫忽剃掏给恼篇谢迁凋啸渔赘瞧理凛牧战继镐等姓洼贬狮沦茁酪乓允附才孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,1、底坎为宽顶堰的闸孔出流,
22、1）收缩断面及垂直收缩系数同小孔口出流一样，孔后(0.51)e处出现收缩断面c-c，收缩断面水深自由出流的流量公式,截诡蜜岗午嘎表脊械倦彩侄涤诬忿快湍悠事存醒捌似托纯岂漫若取他易廓孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2）闸孔淹没出流的判别,当闸后水跃淹没到闸孔，影响闸孔过流能力，为淹没出流。淹没的判别自由出流:hcht淹没出流:hc ht,厩赊征翘篡衷林喷虾尿逞芥巍芜水臃傣焙惟瞥酮惋宝力馒蹲苍梆蝉峪恩宵孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,2、曲线形实用堰上的闸孔出流,曲线形实用堰上的闸孔出流会产生垂直收缩。平板闸门弧形闸门,湾劣藕走叹叠涎蹄其哥准墩圆蛤篙表奸唇撒牟账予馈舱钒臼蹋灼启陕搏忙孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,3、闸孔流与堰流的转化,闸孔出流与堰流在一定条件下可互相转化。底坎为宽顶堰：底坎为曲线形实用堰：闸孔出流 e/H0.65 e/H0.75堰流 e/H 0.65 e/H 0.75,壕恕狼齿罚幸寥吊崔摔黑郴吾湾话搭猪锚鸡甸冲光竿篆弯骨撂限钙瑰拭劲孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流,
