水力学课件-水跃
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第七章 水跃考点一 水跃的基本概念1、水跃现象在明渠中水流由急流过渡到缓流时,会产生一种水面突然跃起的特殊局部水流现象,即在较短的渠段内水深从小于临界水深急剧的跃到大于临界水深,这种特殊的局部水流现象称为水跃。
2、相关概念(1)跃前断面、跃后断面(2)跃前水深、跃后水深、共轭水深 (3)跃高、跃长 3、.水跃的分类水跃可以按其位置和跃前断面的弗劳德数进行分类。
(1)按水跃跃首所处的位置,可以将水跃分为远驱水跃、临界水跃和淹没水跃。
其分类标准以坝址(或闸后收缩断面)处收缩断面水深'c h 的共轭水深"c h (即跃后水深)与下游水深t h 相比较:当t c h h >"为远驱水跃t c h h ="为临界水跃t c h h <"为淹没水跃。
(2)按跃前断面的弗劳德数Fr 可以将水跃分为波状水跃、弱水跃、不稳定水跃、稳定水跃和强水跃。
当7.11<<Fr 为波状水跃; 当5.27.1<<Fr 为弱水跃;当5.45.2<<Fr 为不稳定水跃,也叫颤动水跃; 当95.4<<Fr 为稳定水跃; 当9>Fr 为强水跃。
或当7.11<<Fr 为波状水跃; 当7.1>Fr 为完全水跃。
考点二 棱柱体水平明渠的水跃方程在水平明渠中,水跃的基本方程为22221112c c h A gA Q h A gA Q +=+ 式中Q 为流量;21A A 、分别表示水跃前、后断面的面积;21c c h h 、分别表示水跃前、后断面形心距水面的距离。
当明渠断面的形状、尺寸以及渠中的流量一定时,水跃方程的左右两边都是水深的函数。
此函数称为水跃函数,以符号c Ah gAQ h J +=2)(表示,则有 )()("'c c h J h J =上式表明,在棱柱体水平明渠中,跃前水深'c h 与跃后水深"c h 之间具有相同的水跃函数值,所以也叫这两个水深为共轭水深。
第10章 明渠恒定急变流—水跃和水跌10.1知识要点10.1.1水跃—急流到缓流的过渡1.水跃现象在明渠中水流由急流过渡到缓流时,会产生一种水面突然跃起的特殊局部水流现象,即在较短的渠段内水深从小于临界水深急剧的跃到大于临界水深,这种特殊的局部水流现象称为水跃。
水跃发生的条件是跃前水深与跃后水深存在共轭水深的关系。
2.水跃的分类水跃可以按其位置和跃前断面的弗劳德数进行分类。
按水跃跃首所处的位置,可以将水跃分为远驱水跃、临界水跃和淹没水跃。
其分类标准以坝址(或闸后收缩断面)处收缩断面水深'c h 的共轭水深"c h (即跃后水深)与下游水深t h 相比较,当t c h h >"为远驱水跃、t c h h ="为临界水跃、t c h h <"为淹没水跃。
按跃前断面的弗劳德数Fr 可以将水跃分为波状水跃、弱水跃、不稳定水跃、稳定水跃和强水跃。
当7.11<<Fr 为波状水跃; 当5.27.1<<Fr 为弱水跃;当5.45.2<<Fr 为不稳定水跃,也叫颤动水跃;当95.4<<Fr 为稳定水跃; 当9>Fr 为强水跃。
10.1.2棱柱体水平明渠的水跃方程在水平明渠中,水跃的基本方程为22221112c c h A gA Qh A gA Q+=+ (10.1)式中Q 为流量;21A A 、分别表示水跃前、后断面的面积;21c c h h 、分别表示水跃前、后断面形心距水面的距离。
当明渠断面的形状、尺寸以及渠中的流量一定时,水跃方程的左右两边都是水深的函数。
此函数称为水跃函数,以符号)(h J 表示,则有)()("'c c h J h J = (10.2)上式表明,在棱柱体水平明渠中,跃前水深'c h 与跃后水深"c h 之间具有相同的水跃函数值,所以也叫这两个水深为共轭水深。
水跃的原理及应用水跃是指在受到外界力的作用下,水在接触面上产生瞬时的跃起现象。
这一原理被广泛应用于科学研究、工程设计和生活实践中。
水跃的原理主要涉及两方面:一是压电效应,即在外界力的作用下,水分子发生受压变形;二是斯维奇效应,即受到压力后的水分子在接触面上产生剧烈的震动,从而使水跃起来。
首先,压电效应是水跃产生的根本原因之一。
水分子是由氢原子和氧原子组成的,分子间存在着相互作用力。
当外界力作用于水分子上时,分子之间的相互作用力会改变。
如压力增大,水分子之间的距离变小,相互作用力增大,使水分子发生变形,由而产生压电效应。
其次,斯维奇效应是导致水跃现象的关键因素。
斯维奇效应是指当外界力作用于已经受压的水分子时,水分子之间的相互作用力会改变,从而使分子在接触面上发生剧烈的震动。
这种震动引起了水分子之间的排列和重组,进而产生了水的跃起现象。
水跃的应用非常广泛。
在科学研究中,水跃原理被用于研究液体的物理性质,如表面张力、分子间相互作用等。
通过观察和分析水跃现象,科学家可以推测出水分子的内部结构和行为。
在工程设计中,水跃原理可以应用于水力学相关领域,如水泵、水轮机等。
通过合理地设计水跃装置,可以提高水力机械的效率和性能,从而实现对水资源的高效利用。
此外,水跃还可以应用于生活实践中。
例如,马球运动中的水球比赛就是利用了水跃原理。
在比赛中,运动员需要喷射气流将水球从地面上射出,并用球杆接住水球。
通过控制气流的压力和方向,运动员能够使水球以特定的轨迹和高度跃起,增加游戏的难度和趣味性。
总之,水跃原理是水分子在受外界力作用下产生跃起现象的物理机制。
这一原理被广泛应用于科学研究、工程设计和生活实践中,为人们的工作和生活带来了诸多便利和创新。
第七章 水跃一、简答题1 什么叫水跃、波状水跃和完全水跃?2 实验槽中水流现象如图示,流量不变,如提高或降低一些尾门(尾门之前的水流始终为缓流),试分析水跃位置是否移动?向前移动还是向后移动?为什么?图7.23 为什么可以利用水跃来消除能量?什么形式的水跃消能效率最高?二、计算题 1、图示为一矩形断面平底明渠中的水跃,水跃底部有一低坎。
已知单宽流量 q = 6 m 2/s 。
跃前水深 h 1 =0.5m ,水流作用在单宽低坎上的总压力2/)(21gh R ρ='。
取动量校正系数为1。
(1)求跃后水深h 2; (m 55.3h 2=;无低坎时 h 2=m 59.3 ) ?大多少?2、已知梯形断面渠道的底宽 b =1m ,边坡系数 m =1。
在水平渠段上的水跃共轭水深为 h 1=0.2 m ,h 2=0.6 m ,求通过渠道的流量 q v 。
[梯形断面形心的深度 h c =)(6/)23(mh b bh b h ++] (/s m 849.0q 3v = )3、某矩形断面平底渠道,底宽 b =7 m ,通过流量 q v =40 m 3/s 。
若渠中发生水跃时,跃前水深 h 1=0.8 m 。
求该水跃的水头损失。
(v 2=40/(7⨯2.5)=2.28m/s ;m 64.0E =∆ )4、某矩形断面平坡渠道,底宽m b 8=,流量s /m Q 316=,设跃前水深m .h '60=,求跃后水深''h 和水跃长度。
( 0.867m; 1.84m )5、有一底宽为12m 的矩形断面渠道中发生水跃,已知渠底高程为120.43m ,流量s /m Q 360=,测得跃后水位高程为123.5m ,试求水跃中单位体积水体所消耗的能量和消能率。
(29.89KJ/m 3; 48.7%)6、一直径D =1.0m 的水平无压圆管中发生水跃,已知流量Q =1.0m 3/s ,跃前水深'h 为0.4m ,求跃后水深''h 。