明渠流动综合性实验一、实验目的观察明渠流动的水面曲线，理解.DOC

明渠流动综合性实验 实验目的 观察明渠流动的水面曲线，理解流动原理；测定自由式宽顶堰的流量系数，验证经验公式；验证水跃共轭水深、长度及能量损失的计算公式。 实验设备 双变坡水槽；三角形量水堰及水位测针；实用堰；宽顶堰 实验原理 根据三角形量水堰水位测针的读数，确定水槽流量 直角三角堰，有下列经验公式： 当 H = 0.05~0.25m时，Q = 1.4H2.5 当 H = 0.25~0.55m时，Q = 1.343H2.47 式中，H均以米计，流量Q的单位均为m3/s。 明渠水面曲线 棱柱体明渠恒定渐变流中水深沿程变化的微分方程式 在Q、i、n一定的棱柱形渠道中，断面参数K、B、A均为水深的函数，因此上述微分方程积分后，即可得水面曲线。在对水面曲线进行计算之前，有必要对其类型和变化趋势作出定性分析。 分析结果：各种坡度的渠道中，水面曲线的类型共有12种。 水跃 对矩形断面明渠，临界水深计算 上式中，为单宽流量。 水跃的基本计算包括共轭水深的计算、水跃能量损失的计算和水跃跃长的计算。 （1）水跃共轭水深的计算 在共轭水深h′、h″中已知一个，求另一个。其依据是水跃方程。对于矩形断面明渠，从水跃方程中可直接解出共轭水深。 （2）水跃能量损失的计算 水跃区的旋滚和强烈脉动掺混引起了较大的能量损失，有时可达跃前断面能量的70%。 对平坡矩形断面渠道，可证明 （3）水跃跃长的计算 水跃区中，水流紊动强烈，底部流速很大。因此，河、渠底部一般设置护坦加以保护。此外，在跃后段需铺设长度约为（2.5~3.0）Lj的海漫以免底部冲刷破坏。可见，水跃长度Lj的计算具有重要的实际意义。但由于水跃现象十分复杂，理论研究尚不充分，在工程设计中，水跃长度可通过实验确定或用经验公式估算。 矩形明渠公式 堰流 实用堰流在无侧收缩、自由式出流情况下，过堰流量可根据式 式中的流量系数m与堰壁形状和尺寸有关，其精确数值应由模型实验确定。初步估算时，折线型堰m=0.35~0.42；曲线型非真空堰，m≈0.45；曲线型真空堰m=0.50。 因堰顶全水头H0中包含有行近流速水头，而行近流速，所以用上式计算流量Q时，应采用迭代计算方法。 自由式无侧收缩宽顶堰的流量计算公式同上。式中流量系数m与堰的进口形式和相对高度有关，可按下列经验公式计算： 当≥3时，直角进口堰m=0.32；圆角进口堰m=0.36。 当3时，直角进口堰 对圆角进口堰 当下游水位高出堰顶高度Δ足够大时，将使堰顶水流由自由式堰流的急流（h1hk）转变为缓流，形成淹没式宽顶堰，降低过水能力。实验证明，宽顶堰的淹没标准是 淹没式宽顶堰流的流动图形如图所示。进口水面降落，但堰顶水深h2hk，即堰上水流为缓流。堰尾水面壅高，称为动能恢复。 实验内容及步骤 根据三角形量水堰水位测针的读数，确定水槽流量。 调节水槽坡度，观察水面曲线的各种类型。 量取实用堰的宽度、高度，堰前水头，计算自由式实用堰的流量系数。 观察实用堰下游不同条件下发生的远驱式水跃、临界水跃及淹没式水跃。在临界式情况下，测量跃前水深和跃后水深及水跃长度，并和公式计算值进行误差比较。计算水跃能量损失。 量取宽顶堰的宽度、高度，堰前水头，计算自由式宽顶堰的流量系数，并和公式计算值进行误差比较。抬高下游水位，观察淹没式宽顶堰流现象。 数据处理 根据实验内容及要求，学生自己设计记录和计算表格。 讨论问题 影响水面曲线的主要因素有哪些？ 如何控制各种水跃的形成？水工建筑物应采用那种水跃？那种水跃应当避免？ 影响宽顶堰流量系数的因素有哪些？比较自由式、淹没式宽顶堰流的水流现象。 通过本次实验，针对明渠流动现象及原理，浅谈你的认识。 h2 z? k H Δ k v0 h p p?