水力学-第六章明渠非均匀流分解.pptx

水力学 第六章 明渠非均匀流 6.1 明渠水流状态判别 6.2 临界水深和临界坡度 6.3 渐变流水面曲线定性分析 6.4 水跃 2017-4-23 2 长安大学 产生明渠均匀流的诸多条件中只要有一个条件不满足，明渠上将产生非均匀流动。明渠非均匀流的特点是明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此不平行，水深沿程变化。 主要研究的任务：就是分析水面线的变化及其计算，以便确定明渠边墙高度、回水淹没的范围等。 为了区别，将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。非均匀流的水深以h表示。 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 3 长安大学 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 4 长安大学 明渠非均匀流的主要研究任务 （1）定性分析水面曲线； （2）定量计算水面曲线。 6.1.1 明渠水流状态判别 将一块石子投入静水中，水面以投石点为中心产生一系列同心圆，其以一定速度离开中心向四周扩散。 将石子投入等速运动的水流中，则波传播速度是水流流速与波速向量和。 V= vw Vvw Vvw 2017-4-23 5 长安大学 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 6 长安大学 缓流：水流流速小，水势平稳，遇到干扰，干扰的影响既能向下游传播，又能向上游传播。 急流：水流流速大，水势湍急，遇到干扰，干扰的影响只能向下游传播，而不能向上游传播。 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 7 长安大学 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 8 长安大学 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 9 长安大学 定义弗劳德（Froude）数 表示水流的惯性力与重力两种作用的对比关系。急流时，惯性对水流起主导作用；缓流时，重力对水流起主导作用。 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 10 长安大学 弗劳德（Froude）数的物理意义： 表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍。Fr愈大，意味着水流的平均动能所占的比例愈大。 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 11 长安大学 6.1.1 明渠水流状态判别 2017-4-23 12 长安大学 断面上单位重量液体所具有的总能量： 断面比能：单位重量水体相对于过水断面最低点处的水平面的总能量。 E和Es两者相差一个渠底高程，Es与渠底高程无关 流量一定时，Es 是断面形状、尺寸的函数 当流量和断面形状一定时，Es 是水深h的函数 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 13 长安大学 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 14 长安大学 2017-4-23 15 长安大学 2017-4-23 16 长安大学 当hhk时，为缓流 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 17 长安大学 对上半支曲线：hhk Es随着h的增大而增大 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 18 长安大学 当hhk时，为急流 对下半支曲线：hhk Es随着h的增大而减小 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 19 长安大学 对于同一渠道而言，若断面比能不变，则流量Q是水深h的函数。 6.1.2 明渠水流断面比能 2017-4-23 20 长安大学 例 有一浆砌块石护面的梯形断面渠道，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，底坡i= 0.0004，底宽b=5m，当渠中通过流量Q = 8m3/s时渠道中的正常水深h0=1.40m，试用所学的方法判别该渠道中的流动类型。 （1）波速法 是缓流。 2017-4-23 21 长安大学 （2）弗劳德数法 是缓流。 （3）断面比能法 是缓流。 2017-4-23 22 长安大学 式中，Ak为临界流时的过水面积 Bk为水面宽度 hk为临界水深 临界流方程 当 流态为临界流 2017-4-23 23 长安大学 临界流 方程 hk与渠道断面形状、尺寸、流量有关，与n、i 无关。 注意 6.2.1 明渠水流临界水深 2017-4-23 24 长安大学 矩形断面明渠 临界流条件下，矩形明渠水深占断面比能的2/3，流速水头占断面比能的1/3 。 6.2.1 明渠水流临界水深 2017-4-23 25 长安大学 2.梯形断面明渠 6.2.1 明渠水流临界水深 为含hk 的高次隐函数式，不能直接求解hk 。 2017-4-23 26 长安大学 试算法 重新假定 6.2.1 明渠水流临界水深 2017-4-23 27 长安大学 YES NO 试算图解法 6.2.1 明渠水流临界水深