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闸下出流

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所属类别:水力学

基本信息

中文名称:闸下出流
外文名称:

水流受闸门控制,闸前水位壅高,水流由闸门底缘和闸底板之间的闸孔流出的现象。其过水断面受到闸孔开启尺寸的限制,自由水面在闸孔上下游是不连续的,其流动特征属明渠急变流(见图)。

闸下出流示意图

根据不同的闸前水头H、闸孔开启高度e和下游水深ht,闸孔出流有不同的水流形态。在出流过程中,视闸上下游水位是否维持不变,出流流速和流量是否随时间而变化,可分为恒定出流与非恒定出流。

水流由闸孔出流后也要发生收缩,但与一般孔口出流不同,它只有闸门底缘引起的垂向收缩。收缩断面c—c发生在闸门下游约(0.5~1.0)e处,该处水深为

式中,ε为垂向收缩系数。收缩断面水深hc0一般小于临界水深hc为急流,而下游渠道多为缓流,其水深ht大于hc,因此从急流过渡到缓流要发生水跃。水跃位置随ht而变化。如果ht大于与hc0相应的跃后共轭水深,则将发生淹没水跃,其漩滚淹没了收缩断面,影响了闸孔泄流能力,使其降低,此时为淹没出流。否则为自由出流。恒定自由出流时,流量公式为

淹没出流时,流量公式为

式中,μ0为自由出流时的流量系数;b为闸孔宽度;H0为从闸孔底板算起的上游总水头;σs为闸孔淹没系数,σs<1.0;g为重力加速度;其他符号见图。流量系数μ0值与闸门相对开度e/H、闸门及闸底板的型式有关。

在工程实际中也常遇到水库放空和船闸充水、放水等问题。库水位和船闸闸室水位的逐渐变化,引起流速和流量随时间变化,属于非恒定闸孔(孔口)出流。此时应考虑由于液体质点具有当地加速度而产生的惯性力对流动的影响。但在工程实践中,大多数非恒定孔口出流问题由于水库(或闸室等)的面积很大,水位变化较缓慢,所引起的出流流速随时间的变化较小,可不考虑惯性力的影响而作近似分析。把整个非恒定出流过程划分为若干个时段,在每一时段内的流动均按恒定出流处理,只是每个时段的出流具有不同的作用水头。但这种近似分析方法仅限于流动条件变化缓慢的情况。非恒定闸孔出流分自由出流和淹没出流两种情况。

  
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