水力学第7章明渠非均匀流.pptxVIP

水力学教学课件主讲教师：刘伟答疑地点：综合实验楼106

明渠非均匀流

非均匀流产生的原因单击此处添加小标题渠道的断面形状、尺寸、粗糙系数及底坡i沿程有变化；单击此处添加小标题渠道较短或者渠中有水工建筑物存在。

明渠非均匀流的特点添加标题水深h和断面平均流速v沿程变化；添加标题流线间互相不平行；添加标题水力坡度线、测压管水头线和底坡线彼此间不平行。添加标题定量计算水面曲线。添加标题定性分析水面曲线；研究非均匀流的主要任务

明渠水流的流态急流：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

明渠恒定流的三种流动类型临界流缓流的特点：缓流中水深较大，流速较小，干扰波既能向上游传播也能向下游传播。急流的特点：急流中水深较浅，流速较大，急流渠道中干扰波只能向下游传播。急流缓流

流动类型的判别01单击此处添加小标题波速法03单击此处添加小标题断面比能法05单击此处添加小标题底坡法02单击此处添加小标题弗汝德（W.Froude）数法04单击此处添加小标题水深法

1.波速法波速法是通过渠中的断面平均速度v与干扰波在静水中的传播速度c对比来确定流动类型。一般断面渠道静水中波速c为

vw’vw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

vw+vvw-v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。当水流流速小于波速（vvw）时，微波向下游传播的绝对速度为（v+vw），向上游传播的绝对速度为（vw-v）。

当水流的流速等于波速（v=vw）时，微波向下游传播的绝对速度是2vw。2vw章节一

当水流流速大于波速（vvw）时，微波只向投石点下游传播，对上游的流动没有影响。vw+v章节一

一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有一个直立的平板。用直立平板向左拨动一下，板左边水面激起一微小波动，波高?h，波以速度vw从右向左传播。观察微波传播：波形所到之处将带动水流运动，流速随时间变化，是非恒定流，但可化为恒定流。单击此处添加标题vw单击此处添加标题?h单击此处添加标题h单击此处添加标题

选动坐标随波峰运动，假想随波前进来观察渠中水流相对于动坐标系波静止渠中原静止水体以波速vw从左向右流动，整个水体等速度向右运动，水流为恒定流，水深沿程变化，是非均匀流。单击此处添加标题vw单击此处添加标题?h单击此处添加标题h单击此处添加标题

断面2：波峰处断面1：未受波影响忽略能量损失，由连续方程和能量方程得12?hv1=vwh12v2能量方程：连续方程：得对于波高Δhh的波—小波

断面平均水深，A为过水断面面积，B为水面宽度顺水波：（微波传播方向和水流方向一致）式中，顺水波传播波速。逆水波:（微波传播方向和水流方向相反）式中，逆水波传播波速.

01弗劳德（W.Froude）数法单击此处添加小标题03弗劳德数单击此处添加小标题02通过渠中的断面平均速度v与干扰波在静水中的传播速度c之比来确定流动类型。单击此处添加小标题04流动类型的判别单击此处添加小标题

当V=c时，是急流与缓流的临界状态。流动是临界流时，弗劳德数等于1。所以液体在明渠中的流动状态也可用弗劳德数来进行判别。是一个无量纲的数，称为弗劳德数，用Fr表示。对临界流动来说，断面平均流速恰好与微波相对波速相等，即V=这时：

定义弗劳德（Froude）数当时,水流为缓流，当时,水流为急流，当时,水流为临界流，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开平方，Fr愈大，意味着水流的平均动能所占的比例愈大。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。

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定义为断面比能，也称为断面单位能量，记为e（）。3.断面比能法

定义：明渠水流中任一过水断面上的水深h与添加标题01之和，称为断面单位能量（断面比能）e。添加标题02式中H—总水头。添加标题03

H是相对于同一基准面0—0而言的单位总能，而断面比能e则是以各断面最低点为基准面的单位总能，也是水流通过该断面时运动