《非均匀流》PPT课件

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1、水力学第七章明渠恒定非均匀流产生明渠均匀流的诸多条件中只要有一个条件不满足，明渠上将产生非均匀流动。明渠非均匀流的特点是明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此不平行，。水深沿程变化。V1V2h1h2水面线总水头线主要研究的任务：就是分析水面线的变化及其计算，以便确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等。为了区别，将明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。非均匀流的水深以h表示。明渠水流的流态缓流：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，而不能向上游传播明渠非均匀流的一

2、些基本概念一、明渠水流中的三种流态当时，水流为缓流；当时，水流为临界流；当时，水流为急流。二、明渠水流流态判别：明渠水流中微波的相对波速当时，水流为缓流；当时，水流为临界流；当时，水流为急流。流态判别数——弗汝德数定义弗汝德数：临界流时，，所以弗汝德数的物理意义：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。三、断面比能（断面单位能量）OOhz0zθooO′O′z0断面上单位重量液体所具有的总能量：

3、定义断面比能：将各断面的基准面选择在过水断面的最低点的位置，此时所具有的总机械能称为断面比能Es。则：E与Es的区别1）E在整个流程上为同一基准面所以E沿程总是减小Es不同断面的基准面不同，即沿程可升可降，或不变2）E的基准面任意选取,Es的基准面为断面的最低点3）两者相差一个位置高度Z0表达式为：当流量一定，过水断面的形状和尺寸又不变时：断面比能曲线：上支，下支，时，断面比能沿流程可能减小、增加或不变。四、临界水深断面比能最小值时所对应的水深，称为临界水深临界水深的大小仅取决于流量和过水断面的形状、大小，而与明渠的底坡，糙率无关。利用临界水深判别流态：当时

4、，水流为缓流；当时，水流为临界流；当时，水流为急流。临界水深的计算矩形断面明渠时：单宽流量梯形断面明渠时：试算法图解——试算法hO图解法：查附图Ⅲ五、陡坡、缓坡、临界坡当均匀流水深正好等于临界水深时，相应的底坡称为临界底坡。影响临界水深hk的因素：流量、断面形状及尺寸影响正常水深h0的因素：流量、断面形状及尺寸、糙率、底坡时，缓坡；均匀流缓流临界流均匀流时，临界坡；急流均匀流时，陡坡；水流应满足明渠均匀流和临界流的关系：临界底坡的计算公式：判别法流态按波速c按佛汝德数Fr按临界水深hk均匀流时按底坡缓流Vhkihk临界流V=cF

5、r=1h=hki=ik,h0=hk急流V>cFr>1hik,h0

6、面水跃的特点水跃是典型的明渠急变流。1）水跃组成：表面旋滚+扩散主流跃前水深h′(hk)称为共轭水深。水流经水跃区由急流变成缓流。2）水跃消能：表面旋滚区和扩散主流区之间存在剧烈的质量、动量和能量交换，有很强的消能特性。棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析i>0时几点说明：1.可能出现的情况及其水面曲线的形状特征若，则水深沿流程增大，水面为壅水曲线若，则水深沿流程减小，水面为降水曲线若，则水深沿程趋于不变，水面趋向于均匀流的水面若，则水面趋向于水平面若，则水面与流向趋于重直明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式——水深h（或水位z）沿

7、流程的变化情况明渠渐变流水面曲线分析几个概念①N-N线：以正常水深h0绘出的均匀流水面线。②K-K线：以临界水深hk绘出的水面线。③明渠底坡分类：正坡(i>0)能发生均匀流平坡(i=0)不能发生均匀流负坡(i<0)不能发生均匀流2.影响水深沿程变化的因素i>0时底坡ii>0，i0，i=iki>0，i>iki=0i<0流态Fr，用hk直观反映KKKKKKKKKKi>0时，比较h与h0NNNN（N）（N）3.明渠流的分区:均匀流的正常水深线N-N线，距渠底hk的临界水深线K-K线，可把渠道划分成三个不同的区域，如图：a区：h>ho且h>hkb区：h0>

8、h>hk或h0