水力学基础课件：6第六章 明渠恒定非均匀流.ppt

'YangzhouUniv水力学全国水文水资源专业进修班熊亚南扬州大学水利科学与工程学院 第六章明渠恒定非均匀流《水力学》YangzhouUniv§1明渠水流的三种流态§3人工渠道水面曲线的计算§4天然河道恒定非均匀渐变流的水力计算概述§2明渠恒定非均匀的水面变化现象§5弯道水流 《水力学》YangzhouUniv概述第六章明渠恒定流概述产生明渠均匀流的诸多条件中只要有一个条件不满足，明渠上即产生非均匀流动。V1V2h1h2水面线总水头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。水深沿程变化。 YangzhouUniv1明渠水流的三种流态《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态水流流速小，水势平稳水流流速大，水势湍急缓流急流干扰的影响既能向下游传播，又能向上游传播干扰的影响只向下游传播，而不能向上游传播 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态干扰微波在静水中传播的相对波速式中：为断面平均水深设明渠水流流速为V，则微波传播的绝对速度为向上游逆水流方向向下游顺水流方向1.1波的传播和水流流态 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态干扰微波在缓流中的传播如果明渠水流流速V小于微波的相对波速C，即干扰波既能向下游传播，又能向上游传播向上游逆水流方向传播的绝对波速为向下游顺水流方向传播的绝对波速为缓流 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态干扰微波在临界流中的传播如果明渠水流流速V恰好等于微波的相对波速C，即干扰波只能向下游传播，不能向上游传播向上游逆水流方向传播的绝对波速为向下游顺水流方向传播的绝对波速为临界流 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态干扰微波在急流中的传播如果明渠水流流速V大于微波的相对波速C，即干扰波只能向下游传播，不能向上游传播向上游逆水流方向传播的绝对波速为向下游顺水流方向传播的绝对波速为急流 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态定义弗劳德（Froude）数水流为缓流水流为急流在临界流时：水流为临界流所以 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态例题：一长直的矩形渠道，宽为5m，糙率为0.02，正常水深为2m时通过流量为40m3/s，试判别该明渠均匀流的流态。解：故水流为缓流（一）按佛汝德数判别（二）按微波的相对波速判别故水流为缓流 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.2断面比能和水流流态OOhz0zθOOO′O′z0断面上单位重量液体所具有的总能量：定义断面比能：ohEs45°当流量和断面的形状尺寸一定时，断面比能仅仅是水深的函数。KEsminhk断面比能随水深的减小而增大Fr>1，V>C，急流，hhk YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.2断面比能和水流流态ohEs45°KEsminhk在断面形式和流量给定的条件下，相应于断面比能最小值时的水深称为临界水深临界水深方程式影响临界水深的因素：流量断面形状及尺寸临界水深是对应一个流量和给定断面的计算水深 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.2断面比能和水流流态ohEs45°KEsminhk在断面形式和流量给定的条件下，相应于断面比能最小值时的水深称为临界水深临界水深方程式矩形断面明渠时：单宽流量 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.2断面比能和水流流态ohEs45°KEsminhk在断面形式和流量给定的条件下，相应于断面比能最小值时的水深称为临界水深临界水深方程式任意形状的断面明渠试算法图解——试算法hO YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.3明渠底坡和水流流态i>0h0Qhk临界坡Qi>0h0hk缓坡i>0h0Qhk陡坡均匀流为临界流均匀流为缓流均匀流为急流 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态1.3明渠底坡和水流流态临界底坡的计算令则有整理得：临界底坡是对应于一个流量和给定渠道的假设的坡度值 YangzhouUniv《水力学》第六章明渠恒定流§1明渠水流的三种流态明渠水流流态的各种判别方法判别法流态按波速C按佛汝德数Fr按临界水深hk均匀流时按底坡缓流VhkiCFr>1hik YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.1水跃现象当明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时，水面突然跃起的特殊的局部水力现象KK缓流急流 YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.1水跃现象当明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时，水面突然跃起的特殊的局部水力现象11h1跃前断面跃前水深h′跃后断面h222跃长Lj跃后水深 YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.2水跌现象当明渠水流从缓流状态过渡到急流状态时，水面急剧下降的局部水力现象平坡i=0跌坎急流缓流临界水深hk YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.2水跌现象当明渠水流从缓流状态过渡到急流状态时，水面急剧下降的局部水力现象石梁临界水深hk缓流急流 YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.2水跌现象当明渠水流从缓流状态过渡到急流状态时，水面急剧下降的局部水力现象临界水深hk缓流急流缓流急流卡口 YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.3壅水现象水深沿程逐渐增加，其水面线称为壅水曲线 YangzhouUniv2明渠恒定非均匀流的水面变化现象《水力学》第六章明渠恒定流§2明渠恒定非均匀流的水面变化现象2.4降水现象水深沿程减小，其水面线称为降水曲线 YangzhouUniv3人工渠道水面曲线的计算《水力学》第六章明渠恒定流§3人工渠道水面曲线的计算3.1分段求和的计算式其中： YangzhouUniv3人工渠道水面曲线的计算《水力学》第六章明渠恒定流§3人工渠道水面曲线的计算3.2分段求和的计算类型（1）已知流段两端的水深，求流段的距离△L（2）已知流段一端的水深和流段长△L，求另一端断面水深i1