第七章 明渠流动.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * 明渠恒定非均匀流 第六节 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（i0）. 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 明渠流的分区 : ??? 均匀流的正常水深线N-N线，距渠底hc的临界水深线C-C 线，可把渠道划分成三个不同的区域，如图： a区（1区）：hho 且 hhc??? b区（2区）：h0hhc 或 h0hhc??? c区（3区）：hh0 且 hhc 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 一、正坡渠道 1、缓坡渠道（ici0） 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 a、在1区内的水面曲线，为M1型壅水曲线。(hhohc) b、在2区内的水面曲线，为M2型降水曲线。(hohhc) c、在3区内的水面曲线，为M3型壅水曲线。(hohch) 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 2、陡坡渠道（iic 0） 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 a、在1区内的水面曲线，为S1型壅水曲线。（hhch0） ??? b、在2区内的水面曲线，为S2型降水曲线。（h0hhc） ??? c、在3区内的水面曲线，为S3型壅水曲线。（hch0h） 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 3、临界渠道（i=ic） 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 流动只有在1区和3区，只存在C1型壅水曲线和C3型壅水曲线。 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 二、平坡渠道（i=0） 水力学讲义 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：H2型降水曲线和H3型壅水曲线 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 三、逆坡渠道（i0） 水力学讲义 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：A2型降水曲线和A3型壅水曲线。 水力学讲义 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C1及C2外的其它水面曲线，当水深h趋近于h0时，水面曲线以N-N为渐近线;当水深h趋近于hc时，水面曲线趋向于与C-C线正交。 水力学讲义 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h0和临界水深hc，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h0，而且底坡i增大，h0减小；临界水深hc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。 第七节?????? 水跃及水跌现象 是明渠非均匀流中流态转换时的局部水力现象。 一 水跃现象 定义：明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突 然跃起的局部水力现象。 如下图，在陡槽下游，下泻水流的大部分势能转变为 动能，流速大而水深浅，呈现出急流状态。如果下游的 水流条件保持在同一流量下为缓流状态，那么水流将经 过水跃而使上游的急流与下流的缓流连接。从侧面观察 水跃分成上下两部分，上部分是急流冲入缓流时所激起 的表面水滚，翻腾滚动饱渗空气，很不透明；下部为主 流，主流与表面水滚间无明显的分界。两者不断进行质 量交换。 将表面水滚的首端称为跃首（跃前），尾端称为跃 尾（跃后），首尾间距离称为跃长，高差为跃高，跃首 与跃尾的水深称为共轭水深。 水跃是明渠非均匀急变流的重要现象，增加了上、 下游水流衔接的复杂性，还引起大量的能量损失，可以 利用这一特点，进行下泄水流的消能，以减免对河床的 冲刷。 二 水跌现象 定义：缓坡中的水流因下游渠底变陡或渠身断面突然 扩大，水面突然跌落。这种由缓流向急流过渡的水面突 然跌落的局部水力现象称为水跌。 如图，缓坡渠道后接一陡槽，水流经过连接断面时的 水深可以认为是临界水深，水跌发生流态转换时，在转 换处通过临界水深，但水面是连接面，不同于水跃表面 漩滚形成的不连续面。水流在跌坎上自由跌落的水力现 象，水流是以水舌形式通过跌坎下跌，跌坎上游是缓流， 而坎后水舌是急流，跌坎前后发生流态转变，跌坎处是 临界水深。 返回本章首页 回到总目录 * * * * * * * * * * * * * * * 水力学 明渠恒定均匀流 显然，