第七章 水

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。

第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。

径流7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。

1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。

2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。

降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。

降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。

渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。

因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。

入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量； D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。

单位：mm 水柱。

降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。

Xq x=α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。

定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。

危害

当这一管段受热时，会引起上下温差应力以及汽水界 面的交变应力；在上部会结盐垢使壁温升高甚至过热
预防措施
• 一般情况下，随着蒸汽压力的增加，发生汽水分层的可 能性增加。因此要保证循环流速不低于0.6～0.8m/s、 倾角不小于15度、尽量避免流动死角等。
3.下降管带汽
• 正常情况下，下降管入口水流纯粹靠静压进入， 不会汽化；但是如果入口处阻力过高，将产生压 降，则锅筒内的饱和水在进入下降管的时候因压 力降低而汽化产生汽泡，造成下降管带汽，从而 使阻力增加，对水循环不利。 • 另一个原因是下降管管口距离锅筒水面太近，由 于上方水面形成的漩涡而将蒸汽吸入下降管；因 此下降管要尽量连接在锅筒底部或保证入口上方 有一定水位。 • 下降管受热强烈、下降管出口与上升管入口距离 太近并且没有良好的隔离装置也可能造成下降管 带汽。
• 锅炉水循环组织得好坏，汽水分离装置性能的 优劣都直接关系着锅炉工作的可靠性。
• 给水在锅炉内部按照一定的循环路线流动不已。在 流动过程中，水通过蒸发受热面被加热、汽化、产 生蒸汽；而受热面则依靠水循环将高温烟气传递的 热量带走，并使壁面温度保持在金属能够承受的工 作温度范围内，以保证长期稳定的工作。 • 如果水循环组织不良，管内侧的冷却水膜被破坏并 直接与高温蒸气接触，将使换热系数显著降低，壁 面温度大幅度提高，将造成受热面局部过热甚至烧 蚀、严重的时候发生爆管事故。 • 锅筒内是汽水混合物，借助重力与机械分离装置将 蒸汽里面的小水滴分离出来；如果分离效果不佳， 将造成蒸汽带水，这一方面将导致蒸汽过热器内壁 结垢甚至过热烧毁；对于电站锅炉，蒸汽带水将影 响汽轮机的工作，以及蒸汽管网的水击与腐蚀。
– 循环回路的高度越高，产生的动力压头越大，对水循环越有利 – 循环管道的结构特性，即各部分的阻力系数，阻力越小，流动 越好

第七章水蒸气一、目的及要求了解水蒸汽产生的一般原理，掌握水及水蒸汽状态参数的确定，会用水蒸汽图及表求取水蒸汽的状态参数，会计算水蒸汽热力过程中功和热量的计算。

二、内容：7.1饱和温度和饱和压力7.2水的定压加热汽化过程7.3水和水蒸气的状态参数7.4水蒸气表和图7.5水蒸气的基本热力过程三、重点及难点：7.1应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。

例如：汽化、凝结、饱和态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。

7.2了解水蒸气定压发生过程及其在p－v图和T－s图上的一点、二线、三区、和五态。

7.3了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。

7.4掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。

四、主要外语词汇：vaporization, condensation, latent heat of evaporation, saturation, triple point, critical point五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、水的三相点是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？2、刚性绝热的密闭容器内水的压力为4Mpa，测得容器内温度为20℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生一个不大的裂缝，试分析其后果。

3、水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？作业：7－1，7－3，7－5，7－7第七章水蒸汽在动力、制冷、化学工程中，经常用到各种蒸汽。

常用的如水蒸汽、氨蒸汽、氟里昂蒸汽等，蒸汽是指离液态较近在工作过程中往往会有集态变化的某种实际气体。

显然，蒸汽不能作为理想气体处理，它的性质较复杂。

在工程计算中，水和水蒸汽的热力参数以前采用查取有关水蒸汽的热力性质图表的办法，现在也可借助计算机对水蒸汽的物性及过程作高精度的计算。

本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理、水和水蒸汽状态参数的确定、水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽热力过程功和热量的计算。