《水力学》第六章 明渠恒定非均匀流专用课件.ppt

6-1 明渠水流的三种流态 微弱扰动的一维传播 6-1 明渠水流的三种流态 6-1 明渠水流的三种流态 当v=0时，水流静止，干扰波能向四周以一定的速度传播。 当v＜vw时，水流为缓流，干扰波能向上游和下游传播。 当v＞vw时，水流为急流，干扰波不能向上游传播，只能向下游传播（马赫椎内）。 当v＝vw时，水流为临界流， 6-1 明渠水流的三种流态 明渠水流有和大气接触的自由表面，与有压流不同，具有独特的水流流态，即缓流、临界流和急流三种。 静水中传播的微波速度vw称为相对波速。 当v=0时，水流静止，干扰波能向四周以一定的速度传播。 当v＜vw时，水流为缓流，干扰波能向上游和下游传播。 当v＝vw时，水流为临界流， 当v＞vw时，水流为急流，干扰波不能向上游传播，只能向下游传播（马赫椎内）。 6-2 断面比能与临界水深 明渠中水流的流态也可从能量的角度来分析。 一、断面比能、比能曲线 如图所示渐变流， 若以0-0为基准面， 则过水断面上单位 重量液体所具有的 总能量为： 当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时，断面比能仅仅是水深的函数，即Es＝f(h)，以图表示则称为:比能曲线。 （1）试算法 当给定流量 Q 及明渠断面形状、尺寸后，(6.15)式的左端 为一定值，该式的右端 乃仅仅是水深的函数。于是可以假定若干个水深 h ，从而可算出若干个与之对应的 值，当某一 值刚好与 相等时，其相应的水深即为所求的临界水深hK 。 （ 2）图解法 图解法的实质和试算法相同。当假定不同的水深 h 时，可得出若干相应的 值，然后将这些值点绘成 h ~ 关系曲线图（见图），在该图的 轴上，量取其值为 的长度，由此引铅垂线与曲线相交于 C 点， C 点所对应的 h 值即为所求hK 。 3.等腰梯形断面临界水深计算 若明渠过水断面为梯形，且两侧边坡相同，在这种情况下，可应用一种简便图解法，现将其原理简述如下： 对于等腰梯形断面有： 代入（6-15）式可得（令α=1） 将上式两端同除以 后开立方则得 （6-20） 上式中 ，b为梯形断面的底宽。 上式左端实际上表示一个与梯形断面底宽相等的矩形断面的临界水深。为了与欲求的梯形断面的临界水深 相区别将其以 来表示，即令 （6-21） 若将（6-20）式两端同乘以 可得 （6-22） 上式移项后可得 （6-23） 求解梯形断面临界水深的方法： 1.求出与梯形断面底宽相等的矩形断面的临界水深 ； 2然后根据梯形断面已知m , b值算出 ； 3再由 关系曲线上查出相应的 值，从而可算出梯形断面的 值。 当 h 时，Fr1，为缓流， h= 时，Fr=1，为临界流， 　 h 时，Ｆr1，为急流。 例6.1 一矩形断面明渠，流量 Q =30 m3/s，底 宽 b = 8 m。要求： (1) 用计算及图解法求渠中临界水深； (2) 计算渠中实际水深 h = 3 m 时，水流的弗劳德数、微波波速，并据此以不同的角度来判别水流的流态。 解：（1）求临界水深 由附图Ш右下角 hK ~ q 关系图上可查出当 q =3.75 m3/s·m