华中科技大,水力学7章.ppt

'第7章明渠恒定流顺坡:i>0，平坡i=0，逆坡i<0水面暴露在大气中，水体依靠重力作用在渠道里流动，这种流动称为明渠流。人工渠道的断面形状：梯形、矩形、圆形。§7-1明渠流及其分类渠道的底坡降i：2021/7/171 §7-2明渠均匀流渠道均匀流的特点：水深沿程不变。水面线与渠底线平行，水力坡度与渠道底坡降相等。2021/7/172 明渠均匀流基本公式谢才公式：曼宁公式：流量公式：2021/7/173 λ与n的关系：2021/7/174 水力最优断面的概念：流量与粗糙系数n、底坡i、断面面积A有关。当n、i、A固定，能使流量Q最大的断面形状称为水力最优断面。允许流速：渠道流速过小，水中的泥沙可能沉积，流速过大，渠道受冲刷而遭到破坏，因此水流速度应在某个范围内。2021/7/175 水深h，底宽b，边坡系数m=cotα。梯形断面明渠均匀流的水力计算断面基本要素2021/7/176 梯形渠道的水力最优断面2021/7/177 2021/7/178 水力计算例7-1按水力最优条件设计矩形土质渠道的断面尺寸，并按允许流速进行校核。已知渠道流量Q、边坡系数m、粗糙系数n、避免冲刷的允许流速分别为：解：先按水力最优设计断面尺寸。2021/7/179 由流量公式计算水深和底宽。按最大允许流速进行校核。按水力最优条件设计不能满足允许流速条件。2021/7/1710 例题梯形断面渠道。Q=30m3/s，i=0.0002，m=1.5，n=0.015，b=16m，求：正常水深h0。解：流量是水深的函数，用试算法求水深。h121.61.7f(h)17.2532-11.47291.7125-1.37592021/7/1711 §7-5无压圆管均匀流圆管明渠流的水力要素：直径d充满角θ2021/7/1712 圆管明渠均匀流基本公式2021/7/1713 例圆形断面明渠。已知：d=800mm，n=0.014，i=0.0024，Q=0.504m3/s。求:湿周角θ和水深h。解：θ343.9f(θ)0.2389-0.0057440.015922021/7/1714 作业7-13，7-18,7-212021/7/1715 §7-4明渠非均匀流的若干概念vc急流v=c临界流1.水波在静水中的传播速度：设渠道的水深为h，则水波在渠道的传播速度c的计算公式为：比较水流速度v和水波传播速度c，则有：2021/7/1716 用弗劳德数判别明渠流的流态：Fr<1缓流Fr>1急流Fr=1临界流2.弗劳德数任意断面明渠流中的水波传播速度v和弗劳德数Fr：式中，A为过流断面的面积，B为渠道水面宽度，hm为渠道的平均水深。2021/7/1717 例：长江某段，A=25400m2，B=1480m，Q=56000m3/s。3.断面比能2021/7/1718 矩形断面渠道的临街水深：临界水深hc的定义：断面比能e取得最小值的水深称为临街水深。2021/7/1719 断面必能曲线的斜率与弗劳德数的关系：2021/7/1720 4.临界坡度流量Q为定值,当水深恰为临界水深的底坡称为临界底坡,记作ic.2021/7/1721 作业7-182021/7/1722 §7-5水跃和水跌水跃是水流从急流变为缓流时,水面骤然跃起的一种水力现象2021/7/1723 动量方程:连续方程：Q=bh’v1=bh’’v2水跃方程：对于矩形截面渠道2021/7/1724 2021/7/1725 水跌:水流从缓流变为急流时液面下降,并在某处出现临界水深2021/7/1726 §7-6水面曲线分析2021/7/1727 2021/7/1728 水深h的值越大，K的值也越大。2021/7/1729 水面曲线分析水深分区：①区：水深h大于正常水深h0和临界水深hc。②区：水深h介于h0和hc之间。③区：水深h小于正常水深h0和临界水深hc。2021/7/1730 顺坡(i>0)渠道的水面曲线1.缓坡ih0>hc,则K>K0.Fr<1:壅水曲线M1②hc1:壅水曲线M32021/7/1731 2.急坡i>ic①h>hc>h0,则K>K0.Fr<1:壅水曲线S1②h0K0.Fr>1:降水曲线S2③h1:壅水曲线S32021/7/1732 3.临界坡i=ic①h>hc=h0,则K>K0.Fr<1:壅水曲线C1③h1:壅水曲线C32021/7/1733 ②hc1:壅水曲线H34.平坡i=02021/7/1734 5.逆坡i<0②hc1:壅水曲线A32021/7/1735 在①区,h>hc和h0,壅水曲线在③区,hh0.闸下水流的水深h