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工程流体力学课件6明渠水流两种流态及其转换

校核渠道输水能力 已知 m b h n i,求Q 无压圆管是指不满流的长管道,如污水管道、 雨水管道、无压长涵管等 第五节 无压圆管均匀流 无压圆管均匀流过水断面的水力要素 一、充满度 满流 非满流 二、无压圆管的最佳充满度 水力最佳发生在非满流时 (满流之前) 相对流量、相对流速无量纲曲线 面积A和湿周χ随着水深的变化趋势不同 最大设计充满度 管径 d/mm 或暗渠 H/mm 最大设计充满度α 150-300 0.6 350-450 0.7 500-900 0.75 1000 0.8 本章作业 习题 6.1, 习题 6.2, 习题 6.10, 习题 6.8 第七章 明渠水流的流态 及其转换 第一节 缓流和急流 第二节 流态判别的方法 第三节 水跃和水跌 第一节 缓流和急流 缓流: 水流徐缓,遇到障碍物阻水时,水面壅高并能逆流上传至较远地方。 常见于底坡平缓的渠道或枯水季节的平原河流中。 急流: 水流湍急,遇到障碍物阻水时,水面仅在附近隆起,对上游来流无影响。 常见于山丘和丘陵地区的陡槽、险滩中。 第二节 流态判别方法: 1、波速(c)法、水流遇到障碍物后产生波动(扰动),扰动产生的波速称为微幅干扰波波速。 静止水 V=0 运动水 V 2、弗劳德数法 弗劳德数: —— 表征动能 —— 缓流 —— 急流 ——临界流 3、 断面比能法 z0 h cosθ h z z0 θ 0 0 v Q 上图为一明渠非均匀流,以渠底为基准面, 过水断面单位液重的总能量为 当底坡θ(6°)较小的渠道, cosθ≈1,则 式中,E s 为断面比能(断面单位能量) 比较 z0 h cosθ h z z0 θ 0 0 v Q 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 是水深函数 例如,均匀流 断面比能曲线 Es h 渐近线1: 横坐标为渐近线 渐近线2: 坐标轴成45°直线 当 , 流态为临界流 当 , 流态为临界流 临界流方程 或 Hk 为临界水深 Es min h hk Es 缓流 * * 第1章 流体及其主要物理性质 第2章 流体静力学 第3章 流体动力学基础 第4章 流动阻力和水头损失 第5章 孔口、管嘴出流及有压管流 第6章 明渠均匀流 第7章 明渠水流的两种流态及其转换 第六章 明 渠 均 匀 流 第一节 概 述 第二节 明渠均匀流特性及公式 第三节 水力最佳断面及允许流速 第四节 无压圆管均匀流 基本内容 1、了解明槽水流的分类和特征,了解棱柱体渠道的概念,掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件,熟练掌握明槽均匀流公式,并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念,掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法,学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法,能进行过流能力和正常水深的计算,能设计渠道的断面尺寸。 教学内容、重点及难点 第一节 概 述 明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。 明渠水流分类: 明渠恒定流 明渠非恒定流 明渠均匀流 明渠非均匀流 明渠非均匀流 无 A A Q Cross section A-A 人工渠道、天然河道以及未被液流所充满的管道都是明渠流. 明渠流与有压流区别 有压管流: ① 具有封闭的湿周; ② 压力是流动的主要动力。 明渠流: ① 具有自由水面(即水面压强为大气压); ② 重力是流动的主要动力; ③ 明渠水面线即测压管水头线 一、明渠横断面 1.天然河道的横断面 呈不规则形状,分主槽和滩地 枯水期:水流过主槽 丰水期:水流过主槽和滩地 滩 地 主 槽 断面确定:根据

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