堰流实验

一、实验目的要求

1．观察不同/H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶堰过流能力的影响。

2．掌握测量堰流量系数m和淹没系数s的实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m及s值。

二、实验设备

图11—1堰流实验装置图 1.有机玻璃实验水槽；2.稳水孔板；3.测针；4.实验堰；5.三角堰量水槽；6.三角堰水位测针筒； 7.多孔尾门；8.尾门升降轮；9.支架；10.旁通管微调阀门；11.旁通管；12.供水管； 13.供水流量调节阀；14.水泵；15.蓄水箱； 如下图所示。

本设备自循环供水、加耒储存在蓄水箱15中。实验时，由水泵14向实验水槽1供水，水流经三角堰量水槽5，流回到蓄水箱15中。水槽首部有稳水、消波装置，末端有多孔尾门及尾门升降机构。槽中可换装各种堰、闸模型。堰闸上下游与三角堰量水槽水位分别用测针3与6量测。为量测三角堰堰顶高程配有专用

校验器。

本设备通过变换不同堰体，可演示水力学课程中所介绍和各种堰流现象，及其下游水面衔接型式。包括有侧收缩无坎及其它各种常见宽顶堰流、底流、挑流、面流和戽流等现象。此外，还可演示平板闸下出流、薄壁堰流。同学们在完成规定的实验项目外，可任选其中一种或几种作实验观察，以拓宽感性知识面。

三、实验原理 1．堰流流量公式：

3/2自由出流 Qmb2gH0 （11.1） 3/2淹没出流 Qsmb2gH0 （11.2）

2．堰流流量系数经验公式： （1）园角进口宽顶堰

m0.360.013P1/H （当P1/H3时，m0.36） （11.3） 1.21.5P1/H（2）直角进口宽顶堰

m0.320.013P1/H（当P1/H3时，m0.32） （11.4） 0.460.75P1/H（3）WES型标准剖面实用堰

P1/Hd1.33时，属高坝范围，m值如下： H0Hd时，mmd0.502； H0Hd时，m值参见附录11.2。

3．淹没系数s的经验值，参见附录11.1。

本实验需测记渠宽b，上游渠底高程2、堰顶高程0、宽顶堰厚度、流量Q、上游水位1及下游水位3。还应检验是否符合宽顶堰条件2.5/H10。进而按

下列各式计算确定上游堰高P1、行近流速0、上水头H和总水头H0：

其中实验流量Q由三角堰量水槽5测量，三角堰的流量公式为：

式中：01、00分别为三角堰堰顶水位（实测）和堰顶高程（实验时为常数）。A、B为率定常数，由设备制成后率定，标明于设备铭牌上。

四、实验方法与步骤（以宽顶堰为例） 1．把设备各常数测记于实验表格中。

2．根据实验要求流量，调节阀门13和下游尾门开度，使之形成堰下自由出流，同时满足2.5/H10的条件。待水流稳定后，观察宽顶堰自由出流的流动情况，定性会出其水面线图。

3．用测针测量堰的上、下游水位。在实验过程中，不允许旋动测针针头（包括明渠所有实验均是如此）。

4．待三角堰和测针筒中的水位完全稳定后（需待5分钟左右），测记测针筒中水位。

5．改变进水阀门开度，测量4-6个不同流量下的实验参数。

6．调节尾门，抬高下游水位，使宽顶堰成淹没出流（满足hs/H00.8）。测记流量Q及上、下游水位。改变流量重复2次。

7．测算淹没系数。方法有二：

方法一，根据步骤6测记的Q与H值，由公式（2）确定s，式中m需根据H值由自由出流下实验绘制的m~f2(H)曲线确定，也可由上式（11.3）或（11.4）式计得（误差不大于2%）。

方法二，在完成步骤4后，已测得自由出流下的Q值。后调节尾门使之成淹没出流，此时由于流量没有改变，因淹没出流的影响，上游水位必高出原水位，

为便于比较，可减小过水流量，待堰上游水位回复到原自由出流水位，测定此时的流时Q，据式（11.2）可得sQ/Q。

参照以上方法，改变h，重复测2次。

对WES型实用堰，除淹没系数不测外，其余同上。 五、实验成果及要求

1．对堰流流量系数m的实测值与经验值进行分析比较。

2．对宽顶堰淹没出流的实测淹没系数s，与经验值进行分析比较。 3．完成下列实验报表：

（1）记录有关常数 实验装置台号No 渠槽b cm；宽顶堰厚度 cm；

上游堰底高程2 cm；堰顶高程0 cm； 上游堰高P1 cm； 三角堰流量公式为

其中，三角堰顶高程00 cm；A= ；B= 。

（2）流量系数测计表（表11.1与表11.2） 六、实验分析与讨论

1．量测堰上水头H值时，堰上游水位测针读数为何要在堰壁上游（3~4）H附近处测读？

2．为什么宽顶堰要在2.5/H10的范围内进行实验？

3．有哪些因素影响实测流量系数的精度？如果行近流速水头略去不计，对实验结果会产生多大影响？

表11.1 宽顶堰流量系数测计表 三角堰 上游水位 直角进口 实测 流量 Q 堰上游水位 堰顶 水头 H 流量系数 行近 流速 流速 水头 堰顶 总水头 实 测 值 经 验 值 堰下游 水位 下游水 位超顶高淹没系数 实 测 值 经 验 值 hs 园角进口 表11.2 WES型堰流量系数测计表 三角堰 上游水位 实测 流量 Q 堰上游水位 堰顶 水头 H 流量系数 行近 流速 流速 水头 堰顶 总水头 实 测 值 经 验 值 堰下游 水位 下游水 位超顶高淹没系数 实 测 值 经 验 值 hs 附录 11.1宽枯堰的淹没系数s值

0.80 0.81 0.82 0.83 0.98 0.93 0.74 0.84 0.97 0.94 0.70 0.85 0.96 0.95 0.65 0.86 0.95 0.96 0.59 0.87 0.93 0.97 0.50 0.88 0.90 0.98 0.40 0. 0.87 1.00 0.995 0.99 0.90 0.84 0.91 0.82 0.92 0.78 附录 11.2H0/Hd~m关系曲线