《水力学讲义》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。,明渠非均匀流的特点,:,流线不是相互平行的直线，同一条流线上各点的流速,(,包括大小和方向,),不同，明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。,在明渠非均匀水流中，若流线是接近于相互平行的直线或者说流线间夹角很小，流线的曲率半径很大，这种水流称为明渠非均匀渐变流。反之为明渠非均匀急变流。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,本章着重研究在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿流程的变化规律，主要研究明渠水深(或水位)沿流程的变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其计算，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等等。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.1 明渠水流的三种流态,缓流：当明渠中水流受到干扰,微波后,若干扰微波既能顺水流方,向朝下游传播,又能逆水流方向朝,上游传播,造成在障碍物前长距离,的水流壅起,这时渠中水流就称为,缓流,。（如图）此时水流流速小,于干扰微波的流速，即,w,。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,临界流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为,临界流,。,此时,=v,w,。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,明渠水流流态的判别依据是佛汝德数,Fr,:,弗汝德数,:Fr=,当,Fr,1,，水流是,缓流,，,当,Fr=1,，水流是,临界流,，,当,Fr,1,，水流为,缓流,。,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.2 断面比能与临界水深,一、断面比能、比能曲线,断面比能,E,s,是以通过明渠断面最低点的水平面为基准,的单位重量水体所具有的总机械能，可表示为：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,当断面的形状、尺寸和流量一定的时候，,E,s,只是水深,h,的函数。取=1，可导出：,从上式可知：,当,0,，必定,Fr,l,，水流是缓,流。,当,0,，则,Fr,l,，水流是急流。,当,0,，,Fr,1,，是临界流，这时,E,s,取极小值，对应的水,深是临界水深,h,k,。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,二、临界水深,h,k,临界水深,h,k,是讨论明渠水流运动和水面线的重要参,数，其计算公式为：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,临界水深,h,k,的,计算方法,为试算图解法、选代计算和查图法。要求能记住矩形断面明渠临界水深的计算公式,：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,利用梯形断面明渠临界水深,h,k,可以判别明渠水流,的流态：,当明渠内水深,h,h,k,，水流为,缓流,；,当明渠内水深,h,h,k,，水流为,急流,；,当明渠内水深,h,=,h,k,，水流为,临界流,。,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.3 临界底坡、缓坡与陡坡,1、临界底坡（critical slope）：在棱柱形渠道中，断面形状尺寸、流量一定时，在渠中形成均匀流，若均匀流的正常水深恰好等于该流量的临界水深，则这个渠道的底坡就称为,临界底坡,。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,明渠均匀流的基本方程式：,Q=A,K,C,K,(R,K,i,K,),1/2,临界水深的条件式：,则临界底坡的计算式为：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,2、,底坡,的分类 缓坡、陡坡、临界坡,缓坡（,i,i,k,）：即实际的明渠底坡大于某一流量下的临界坡度，此时的渠底坡度称为陡坡。,临界坡（,i,=,i,k,）：即实际的明渠底坡等于某一流量下的临界坡度，此时的渠底坡度称为临界坡。,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.4 临界水深的一些实例,在分析明渠水流问题时，了解那些场合会出现临界水深，具有重要的意义。因为只要测得一个断面上的临界水深并量取了该断面的尺寸，其流量即能简便而精确地估算出来，如在明渠中，若知道发生临界水深断面的位置，就相当于取得一个已知条件（水深为临界水深），把该断面作为控制断面，据此来推求上下游水面曲线。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.5 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式,以,0-0,为基准面，列断面,1-1,和,2-2,的能量方程：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,展开并略去高阶项 有：,忽略局部水头损失,：,棱柱形明渠,：,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,底坡：,则得棱柱形渠道中水深沿程变化规律的基本微分方程：,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,6.6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析,棱柱体明渠渐变流水面曲线分析的基本方程是：,首先将明渠按底坡性质分为三种情况：,正坡（,i0,），平坡（,i=0,），逆坡（,ih,o,且,hh,c,b,区（,2,区）：,h,0,hh,c,或,h,0,hh,c,c,区（,3,区）：,hh,0,且,h,i,0）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,a、在1区内的水面曲线，为,M,1,型壅水曲线。(,hh,o,h,c,),b、在2区内的水面曲线，为,M,2,型降水曲线。(,h,o,hh,c,),c、在3区内的水面曲线，为,M,3,型壅水曲线。(,h,o,h,c,h,),水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,2、陡坡渠道（,i,i,c,0）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,a、在1区内的水面曲线，为,S,1,型壅水曲线。（,hh,c,h,0,）,b、在2区内的水面曲线，为,S,2,型降水曲线。（,h,0,hh,c,）,c、在3区内的水面曲线，为,S,3型壅水曲线。（,h,c,h,0,h,）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,3、临界渠道（,i,=,i,c,）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,流动只有在1区和3区，只存在,C,1,型壅水曲线和,C,3,型壅水曲线。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,二、平坡渠道（,i,=0）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,临界水深线,C-C,，将流动分为,2,区和,3,区，分别,为：,H,2,型降水曲线和,H,3,型壅水曲线,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,三、逆坡渠道（,i,0）,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,临界水深线,C,-,C,，将流动分为,2,区和,3,区，水面线,分为：,A,2,型降水曲线和,A,3,型壅水曲线。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,四、水面曲线的特点,1.所有位于1区和3区的水面线都是水深沿程增加的壅水曲线，所有位于2区的水面曲线都是水深沿程减少的降水曲线。,2.除了临界坡渠道中的两种水面曲线C,1,及C,2,外的其它水面曲线，当水深,h,趋近于,h,0,时，水面曲线以N-N为渐近线;当水深,h,趋近于,h,c,时，水面曲线趋向于与C-C线正交,。,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,五、水面曲线的定性绘制步骤,1、求出渠道正常水深,h,0,和临界水深,h,c,，然后将渠道流动空间分区。需要注意：只有在正坡渠道中才存在,h,0,，而且底坡,i,增大，,h,0,减小；临界水深,h,c,与底被,i,无关。,2、选择已知水深的断面作为控制断面。,3、由控制断面处的已知水深确定所在流区的水面线形式，根据水面线变化规律，从控制断面分别向上游或下游确定水面线的变化趋势。,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,水力学讲义,第六章 明渠恒定非均匀流,谢 谢！,