眀渠恒定流动.ppt

水流的断面单位能量e与单位重量流体机械能E的区别 1）断面单位能量e与单位机械能E的基准面选择不 同，两者相差一个渠底位置高度z，即位能；且E沿程 是同一个基准面，而e是通过各自断面最低点为基准 面，沿程基准面不相同。 ??? 2）E沿程减少，e沿水流方向可以增大、不变或 减小。 2. 断面单位能量曲线 说明：当明渠断面形状、尺 寸和流量一定时，断面单位 流量e是水深h的连续函数。 断面单位流量曲线的基本特征： ? (1)当水深很小，即h→0，则e→∞，断面单位能量曲线 以横坐标为渐近线。 ? (2)当水深很大，即h→∞，则e→h，断面单位能量曲线 以45°线为渐近线。 ? (3)在e=f(h)的连续区间内，必有一极小值存在。 ? (4)曲线分上、下两支：上支??? ? ；下支???? ? ，除极值外，相应于任一e有两个水深。 临界水深(critical depth)：是指在断面形式和流量给定 的条件下，相应断面单位能量最小时的水深，则有 (注意： 式中的B为水 面宽度。) 临界水深的计算式(采用试算或图解法求解)： 二、临界水深 三、临界坡度 ??1.? 临界坡度(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，则这个渠道的坡度就称为临界坡度。 明渠均匀流有： ??? 临界水深有： ??? 则临界底坡可由下式计算： ? * 第7章 眀渠恒定流动 本章的主要内容： ★ 明渠均匀流的水力计算 ★ 明渠水流三种流态的特点及判别方法 ★ 明渠渐变流水面曲线的定性分析 ★ 水跃及水跌 任务：了解明渠均匀流的特性及其产生条件，掌握明渠均 匀流的计算方法；掌握明渠水流流态的判别，了解 水跃和水跌的产生条件。 本章重点：明渠均匀流的水力计算、水流流态的判别。 §7-1 明渠的分类 明渠(channel)：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。 ? 明渠流(channel flow)：具有自由液面的流动称为明渠流或无压流(free flow)。 S S 明渠流动的特点 1.具有自由液面，为无压流(满管流为有压流)； ? 2.湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长； ? 3.重力是流体流动的动力，为重力流(管流则是压力)； 4.渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速增大 ，水深减小； 5.边界突然变化时，影响范围大。 压力流 无压流 明渠流的分类 明渠断面形状有： ??? 梯形：常用的断面形状 ?? ?矩形：用于小型灌溉渠道当中 ?? ?抛物线形：较少使用 ?? ?圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中 ?? ??复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中 1. 按明渠的断面形状和尺寸是否变化分： 棱柱形渠道(prismatic channel) ：断面形状和尺寸 沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道 非棱柱形渠道(non-prismatic channel) ：断面形状 和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。 2.按渠道底坡的不同 底坡-渠道底部沿程单位长度的降低值。 ?? 平坡：i=0，明渠渠底高程沿程不变者称为平坡。 ? 顺坡： i0，明渠渠底沿程降低者称为正坡或顺坡。 ? 逆坡： i0，明渠渠底沿程增高者称为反坡或逆坡。 问题 1. 明渠流与满管流最大的区别在于前者是( )，而后者是( )。 2. 判断：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能形成均匀流。 3.判断：水力坡度J一定为正值。 无压流 有压流 (错) (对) §7-2 明渠均匀流 一、明渠均匀流的特性及发生条件 定义：等深等速流，流线平行。 特性：1)过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。 2)总水头线、测压管水头线(水面坡度)和渠底坡度彼此相等，即：J=JP=i 列能量方程得： 注： 物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等 于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。 明渠均匀流的形成条件 1)底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道； ? 2)渠道必须为顺坡(i0)； ? 3)渠道中没有建筑物的局部干扰； ?