计算水力学课程论文

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1、计算水力学课程论文计算水力学课程设计计算水力学课程论文姓名：学号：专业：学院:1计算水力学课程设计第一章绪论黄浦江是构成上海陆域水系的最大干河，研究黄浦江流域的河网水流计算至关重要，上游有斜塘、园泄泾、大泖港三大源流，以淀山湖以下的拦路港为干流，至吴淞口全长113.4公里。河身自米市渡主流近乎东西向，至闸港转为南北向，汇集9个县(区)来水，贯穿上海市区后，在吴淞口流入长江。黄浦江集航运、供水、灌溉、排水、旅游于一身，是一条多功能河道，亦是太湖流域主要排水河道。黄浦江为湖源型感潮河流，河口吴淞站历

2、年最高潮位为5.74米(1981年9月1日)，多年平均高潮位为3.28米，平均潮差为2.27米，最大潮差为4.48米(1962年8月12日)。平均涨潮历时为4小时33分，平均落潮历时为7小时52分，全潮历时为12小时25分。当潮波进入河口上溯时，由于受到河床阻力和径流顶托而发生变形，水位愈向上游，前坡愈陡，后坡愈缓，而涨潮历时向上游减短，落潮历时则加长。下游黄浦江公园站历年最高潮位为5.22米(1981年9月1日)，年平均潮差1.83米，上游米市渡站历年最高潮位3.86米(1989年8月4日)，

3、年平均潮差为0.99米。这次课程设计就是针对才从吴松到米市渡之间河道及其支流的涨潮落潮的水位及其流量计算。河网计算部分采用一维水流运动方程计算。2计算水力学课程设计第二章基本方程2.1质量守恒方程质量守恒定律：通过控制面进到控制体的质量=控制体内质量增量取图2-1所示的断面1-1之间的水体为控制体。在△t时间内，通过上游断面1-1流入到控制提的质量为:Q??tQ???Q??x?x图2-1质量守恒原理示意图?(Q??t)?x?x?故在△t时间内，通过上、下游断面进、出质量之差为：?(Q??t)?x

4、?x通过下游断面2-2流出控制体的质量为：Q??t?由于旁侧入流流入到控制体的质量为：?q1?x?t?(A?x?)?t?t?(A?x?)?(?Q?t)?t???x??q1?x?t由质量守恒定律得：?t?x?A?Q??q1化简后得：?t?x控制体积内质量的增量为：上式简化过程中用到了ρ为常数的假设。式中：A为过水断面面积，Q为断面流量。3计算水力学课程设计2.2动量守恒方程2.2.1控制体积的动量增量通过控制面流进到控制体内的动量+作用于控制体外力的冲量=控制体积内动量的增量。如图2-2所示，取断

5、面1与断面2之间的水体为控制体，该控制体内的沿流向方向的动量为：M???xQ?(??xQ)?t??Qu????Qu?x?x△X图2-2动量守恒原理示意图经过△t时间后，这块水体的动量发生了变化，其增量为：?M??M?(??xQ)?t??t?t?t2.2.2通过控制面流入到控制体的动量在△t时间内由断面1流进控制体的动量为：??Qu?t，α称之为动量校正系数。对于一般情况下认为α≈1，当断面流速分布非常不均匀时，α就显得重要。由下游断面2流出的动量为：??Qu?t??(??Qu?t)?x?x4计算

6、水力学课程设计因此，可得上下游进、出控制体积的动量差为：??(??Qu?t)?x?x在△t时间内，由于旁侧入流，流入控制体的动量为：?q1?t?xVX式中：Vx为旁侧入流流速在水流方向上的分量。通过上面的推导，可以得到在△t时间内通过控制面流入到控制体的动量为：?2.2.3作用于控制体上的冲量作用于断面1-2之间的控制体上的力有：重力、摩组阻力及水压力。（1）重力在水流方向上的分量：?gA?xsin?（2）摩阻力为：??gA?xSfsgn(u)（3）压力：作用于控制体上的总压力在水流方向上的分量

7、为：??gA?h?x?x?(??Qu?t)?x??q1Vx?x?t?x由（1）（2）（3）得作用于控制体上的总外力为：F??gA?xS0??gA?xSf??gA?x?h?x?Q??h?(?Qu)?gA?gA(S0?Sf)?q1Vx?t?x?x由步骤1、2、3得动量方程为：由质量守恒方程和动量守恒方程得描述一维明渠非恒定流动的基本方程为圣维南方程组：B?Z?Q??q?t?x?Q?Q2?Z?(?)?gA??gASf?t?tA?x其中：x,t为河长，时间Q，Z为断面流量，水位A，B为过水断面面积，河宽

8、（水面）Sf为摩阻比降q为单宽旁侧入流g重力加速度5计算水力学课程设计2.3定解条件初始条件和边界条件是确定微分方程解的必不可少的条件，它们合称为定解条件。定解条件给少了，就无法定解，即所谓欠定；给多了可能产生矛盾，即所谓过定；只有给出适当个数的定解条件才能求解，即所谓适定。由于水流分为缓流和急流，因而其定解条件也不相同，下面分别进行讨论（设u≥0）（1）缓流uuF??<1.0，故域内一点处的条由于是缓流，因而水流的佛汝德数rgAcB特征线分别指向上、下游。如图2-3所示：故其定解条件为：