水力学课件7明渠非均匀流.ppt

《水力学课件7明渠非均匀流.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、水力学明渠非均匀流桥梁与结构教研室:李林教学基本要求1、掌握明渠水流三种流态（急、缓、临界流）的特征和判别方法；理解佛汝德数Fr的物理意义。2、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性；掌握矩形断面明渠临界水深hc的计算。3、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律；能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。学习重点1、明渠非均匀流水力计算；2、明渠水流三种流态的判别3、明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析，这部分也是本章的难点。主要内容：明渠水流的两种流态断面比能与临界水深、临界底坡明渠水流两种流态转换—

2、—水跌和水跃棱柱体明渠水面曲线微分方程棱柱体明渠水面曲线分析第七章明渠非均匀流明渠非均匀流概述明渠非均匀流概述明渠非均匀流的特点1）明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此不平行，2）水深沿程变化。V1V2h1h2水面线总水头线主要研究任务：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。明渠均匀流的水深称为正常水深，以h0表示。明渠非均匀流的水深以h表示。非均匀流（壅水曲线）原均匀流水面明渠水流的两种流动形态上游下游1.明渠水流的两种流动形态1）缓流平原地区河流底坡平缓，水流缓慢，流速较小，当渠底遇有阻

3、水的障碍物时，上游水面普遍壅高，影响到上游较远处，而阻碍物处水面形成跌落。障碍物1.明渠水流的两种流动形态2）急流山区河流底坡陡峻，水流湍急，流速较大，渠底遇有阻水的障碍物时，水面在障碍物顶上或稍向上游隆起，阻水较大时，水流在障碍物前跃起，产生浪花，对上游较远处水流不产生影响。下游上游h2.明渠中干扰微波的波速一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有一直立平板。用力将直立平板向左推动一下，板左边水面激起一微小波动，波高h，波以速度c从右向左传播。c∆hh∆h2.明渠中干扰微波的波速12∆hv1=ch12v2选动坐

4、标随波峰运动，坐标以波速c随波运动，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c从左向右运动，相对于动坐标系，水流是恒定流，水深沿程变化，是非均匀流。以水渠底为基准面，断面2：波峰处；断面1：左边未受波影响；两断面很近，忽略能量损失。2.明渠中干扰微波的波速12∆hv1=ch12v2能量方程连续方程非矩形断面棱柱形渠道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，产生的干扰波将以一定速度离开中心向四周扩散（传播）。cc---干扰微波在明渠静水中传播的相对波速c2.明渠中干扰微波的

5、波速水流流速小于波速（vc）：急流微波只向投石点下游传播，对上游的流动没有影响。v+c2.明渠中干扰微波的波速2.明渠中干扰微波的波速临界流速----临界流的断面平均流速。临界流缓流急流断面比能与临界水深、临界底坡1.断面比能00hz0zθ00O′O′z0断面上单位

6、重量液体所具有的总能量E：断面比能ES：基准面0-0取在渠底时，单位重量流体所具有的机械能。断面比能的定义1.断面比能E与ES的区别1）断面比能Es与单位机械能E的基准面选择不同，E和Es两者相差一个渠底高程，Es与渠底高程无关；2）E沿程减少，Es沿水流方向可以增大、不变或减小；3)流量一定时，Es是断面形状、尺寸的函数；4)当流量和断面形状一定时，Es是水深函数。1.断面比能断面比能曲线当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时，断面比能仅仅是水深h的函数，即Es＝f(h)，按照此函数可绘出断面比能Es随水深h变化的关系曲

7、线。渐近线1：，横坐标为渐近线。渐近线2：，45°直线为渐近线。缓流区急流区hEsminhcEs临界流1）临界流的断面比能最小，并且同一个断面比能及有可能是急流也有可能是缓流；2）缓流水深越大，断面比能越大，急流水深越大，断面比能越小，临界流水稍有变动，断面比能不变；3）缓流断面比能中动能占很少部分，急流断面比能中动能占很大部分，临界流中动能约占1／3。2.临界水深及其计算临界水深：相应于断面比能量Es最小值的水深，以hc表示。(水面宽)dhBdA弗劳德数Fr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

8、倍开平方，Fr愈大，意味着水流的平均动能所占的比例愈大。缓流区急流区hEsminhcEs临界流2.临界水深及其计算当时，，水流为缓流；当时，，水流为急流；当时，，水流为临界流；h=hcFr=1V=c临界流h1V>c急流h>hcFr<1V