第七章恒定非均匀流.ppt

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1、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。明渠非均匀流水面的纵剖面线称为水面曲线。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，J≠Jp≠i。水深沿程变化。V1V2h1h2水面线总水头线为了区别，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。§7.1概述§7.2明渠水流的流态一、急流、缓流和临界流缓流底坡平坦，水流缓慢河流中有些水面宽阔的地方当水流遇有障碍时（如大石头）上游水面普遍抬高§7.2明渠水流的流态一、急流、缓流和临界流急流在河流有些水面狭窄的地方底坡陡峻，且水流湍急当水流遇到石块便一跃而过石块

2、顶上掀起浪花而上游未受影响§7.2明渠水流的流态一、急流、缓流和临界流缓流：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vwvw’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§7.2明渠水流的流态二、明渠中干扰微波的波速§7.2明渠水流的流态二、明渠中干扰微波的波速vw∆hh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。§

3、7.2明渠水流的流态二、明渠中干扰微波的波速相对于动坐标系：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。12∆hv1=vwh12v2§7.2明渠水流的流态二、明渠中干扰微波的波速12∆hv1=vwh12v2断面2：波峰处断面1：未受波影响忽略能量损失，列连续方程和能量方程§7.2明渠水流的流态二、明渠中干扰微波的波速对于波高Δh<vw）时干扰波不能向上游传播§7.2明渠水

4、流的流态二、明渠中干扰微波的波速vw-vvw+v2vwvw+v§7.2明渠水流的流态定义弗汝德（Froude）数能量意义:水流平均动能和势能之比的两倍开方力学意义:水流惯性力与重力之比流态判断缓流：vvwFr>1§7.3断面比能与临界水深一、断面单位能量（比能）OOhz0θooO′O′z0hzp/γ以0-0为基准面，则基准面选通过渠底的水平面0′-0′§7.3断面比能与临界水深一、断面单位能量（比能）E和Es两者相差一个渠底高程，Es与渠底高程无关当流量和断面形状一定时，Es是水深函数例如，均匀流§7.3断面比能与临界水深二、断面单位能量与水深

5、的关系当流量和断面形状一定时，Es是水深函数渐近线1：横坐标为渐近线渐近线2：坐标轴成45°直线§7.3断面比能与临界水深缓流急流hEsminhkEs临界流§7.3断面比能与临界水深三、临界水深(水面宽)dhBdA∴当,流态为临界流§7.3断面比能与临界水深三、临界水深dhBdA或Ak为临界流时的过水面积Bk为水面宽度hk为临界水深1.任意端面形状---------临界水深普遍式§7.3断面比能与临界水深三、临界水深为含hk的高次隐函数式，不能直接求解hk求解方法试算法试算图解法hk与渠道断面形状、尺寸、流量有关，与n、i无关注意试算法重新假定§7.3断面比能与临界水深hhkQ2gA3B试算

6、图解法§7.3断面比能与临界水深2.矩形断面明渠q=Q/b称渠道单宽流量，单位m3/s·m临界流条件下，矩形明渠水深、流速以及断面比能间关系§7.3断面比能与临界水深三、临界水深§7.3断面比能与临界水深四、临界底坡、缓坡与陡坡设想在流量和断面形状、尺寸一定的棱柱体明渠中，当水流作均匀流时，如果改变明渠的底坡，相应的均匀流正常水深h0亦随之而改变。如果变至某一底坡，其均匀流的正常水深h0恰好与临界水深hK相等，此坡度定义为临界底坡(CriticalSlope)。Qi1>0h0hkh0Qi2>i1hkh0Qhk§7.3断面比能与临界水深四、临界底坡、缓坡与陡坡hkik临界底坡是一个假想底坡，与

7、渠道实际底坡无关，仅与渠道流量Q、糙率n、断面形状尺寸有关。Ck、Ak、Rk、Kk临界水深对应的谢才系数、过水面积、水力半径和流量模数§7.3断面比能与临界水深四、临界底坡、缓坡与陡坡把实际底坡i和临界坡ik相比较iik陡坡i=ik临界坡Qi1>0h0hk缓坡临界坡陡坡均匀流为缓流均匀流为临界流均匀流为急流§7.3断面比能与临界水深h0Qi2>i1hkh0Qhk判别法流态按流速Vk按佛汝德数Fr