明渠非均匀流认知渠道水力计算.ppt

渠道水力计算在水深为h的明渠中，对某一确定的断面而言，当水深h增加dh时，过水断面面积A相应增加，如图中阴影部分所示，，即则若以角标“k”表示与临界水深hk相应的水力要素，则有该方程称为临界流方程。渠道水力计算当时当时，Fr=1，此时为临界流。hhk,Fr1水流为缓流h=hk,Fr=1水流为临界流hhk,Fr1水流为急流渠道水力计算矩形断面临界水深临界水深其中，单宽流量（m3/(sm)）（理论推导）结论又因为所以临界水深是断面比能的2/3倍。渠道水力计算任意断面临界水深（计算复杂，应在临界流方程的基础上用试算法求解）思路临界流方程因流量Q已知，故等号左侧的量容易求出。可假设若干的水深h，代入等号右侧，当等号成立时，所求水深即临界水深。渠道水力计算【举例1】某梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.5。当通过流量Q=3m3/s时，渠道中的实际水深h=1.0m。试用试算法和图解法计算渠道的临界水深。试算法求解：计算公式等式左侧渠道水力计算然后假设不同的水深h，计算出相应的，结果见表1在图中曲线上可查得渠道的临界水深hk=0.64m。渠道水力计算渠道水力计算根据明渠均匀流计算公式可知，对于流量、断面形状和尺寸、糙率都不变的棱柱体明渠，均匀流正常水深h0因底坡的改变而变化，关系曲线下图所示。由图中看出，底坡越陡（越大），正常水深越小；反之，底坡越缓（越小），正常水深越大。当均匀流正常水深恰好与临界水深相等时，相应的底坡就称为临界底坡。渠道水力计算当明渠中的水流既是均匀流又是临界流时，需满足联立求解式中、、、、分别表示水深为临界水深时对应的面积、水面宽度、谢才系数、水力半径和湿周。上式，明渠的临界底坡与渠道的断面形状、尺寸、糙率以及流量有关，而与渠道的实际底坡无关。即临界底坡渠道水力计算底坡分类为缓坡临界坡为陡坡对应水流渠道水力计算【举例2】有一矩形断面明渠，流量Q=10m3/s，底宽b=4m，糙率n=0.02，底坡i=0.005。（1）求临界水深；（2）求临界底坡，并说明渠道中发生均匀流时的流态；（3）若渠道中的实际水深0.6m，试分别用临界水深、佛汝德数及微波传播的相对波速判别水流流态。解：（1）求临界水深则渠道水力计算（2）临界底坡属于缓坡渠道，渠道中的均匀流为缓流。渠道水力计算（3）判别流态可见，，，所以，当水深0.6m时，水流为急流。渠道水力计算1.有一矩形断面长直渠道，底宽b=5m，糙率n=0.018，底坡i=0.001，通过的流量Q=10m3/s，试分别用不同方法判别渠中水流的流态。练习题水利水电建筑工程本次课到此结束，谢谢！渠道水力计算///////////////渠道水力计算(5)——明渠非均匀流认知目录明渠水流的三种流态01020304明渠水流流态的判别断面比能临界水深05临界底坡、缓坡与陡坡判别渠道水力计算渠道水力计算若在静水中沿铅垂方向丢下一块石子，水面将产生一个微小波动，这个波动以石子落水点为中心，以一定的速度向四周传播，在水面上形成一连串的同心圆，如图（a）所示，称为微波的相对波速。如果没有水流摩阻力的存在，这种波动就可以传到无穷远处，并保持波形和波速不变。但实际上水流存在摩阻力，波在传播过程中将逐渐衰退乃至消失。渠道水力计算（1）水流流速小于微波相对波速（vc），在顺水流方向，微波传播的速度，在逆水流方向，微波传播的速度，说明微波可以同时向上游和下游传播，如图（b）所示，这种水流称为缓流。渠道水力计算（2）水流流速等于微波相对波速（v=c），在顺水流方向，微波传播的速度w=2c，在逆水流方向，微波传播的速度w=0，说明微波可以向下游传播，向上游传播的干扰波停滞在干扰源处，如图（c）所示，这种水流称为临界流。渠道水力计算（3）水流流速大于微波相对波速（vc），在顺水流方向，微波传播的速度w=v+c0，在逆水流方向，微波传播的速度w=c-v0，说明微波可以向下游传播，但不能向上游传播，干扰波对上游水流不产生影响，如图（d）所示，这种水流称为急流。渠道水力计算当vc时，水流为缓