82水力学第六章 明渠非均匀流PPT课件
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第六章 明渠恒定非均匀流明渠中由于水工建筑物的修建、渠道底坡的改变、断面的扩大或缩小等都会引起非均匀流动。
非均匀流动是断面水深和流速均沿程改变的流动。
非均匀流的底坡线、水面线、总水头线三者互不平行。
根据流线不平行的程度,同样可将水流分为渐变流和急变流。
明渠非均匀流的水面曲线有雍水和降水之分,即渠道的水深沿程可升可降。
解决明渠非均匀流问题的思路:建立微分方程,进行水面曲线的定性分析和定量计算。
第一节 明渠水流的两种流态及其判别一、从运动学观点研究缓流和急流1、静水投石,以分析干扰波在静水中的传播干扰波在静水中的传播速度称为干扰波波速和微波波速,以w v表示。
如果投石子于流水之中,此时干扰所形成的波将随着水流向上、下游移动,干扰波传播的速度应该是干扰波波速wv 与水流速度v 的矢量和。
此时有如下三种情况。
(1)wv v <,此时,干扰波将以绝对速度0<-='w v v v 上向上游传播(以水流速度v的方向为正方向讨论),同时也以绝对速度0>+='w v v v 下向下游传播,由于下上v v '<',故形成的干扰波将是一系列近似的同心圆。
(2)wv v =,此时,干扰波将向上游传播的绝对速度0=-='w v v v 上,而向下游传播的绝对速度02>=+='w w v v v v 下,此时,形成的干扰波是一系列以落入点为平角的扩散波纹向下游传播。
(3)wv v >,此时,干扰波将不能向上游传播,而是以绝对速度0>-='w v v v 上向下游传播,并与向下游传播的干扰波绝对速度0>+='w v v v 下相叠加,由于下上v v '<',此时形成的干扰波是一系列以落入点为顶点的锐角形扩散波纹。
这样一来,我们就根据干扰波波速wv 与水流流速v 的大小关系将明渠水流分为如下三种流态——缓流、急流、临界流。
第六章 明渠恒定非均匀流考点一 明渠恒定非均匀流产生的条件及特点1、明渠恒定非均匀流的产生当明渠底坡或粗糙系数沿程变化,或渠道的横断面形状(或尺寸)沿程变化,或在明渠中修建水工建筑物(闸、桥梁、涵洞等)使明渠中的流速和水深发生变化,这些均会在明渠中形成非均匀流。
2、非均匀流的特点非均匀流的特点是明渠的底坡、水面线、总水头线彼此互不平行。
也就是说,水深和断面平均流速v 沿程变化,流线间互不平行,水力坡度线、测压管水头线和底坡线彼此间不平行。
3、主要任务研究明渠恒定非均匀流的主要任务是:(1)定性分析水面线;(2)定量计算水面线。
考点二 明渠水流的三种流态及其判别1、明渠水流的三种流态一般明渠水流有三种流态,即缓流、临界流和急流。
(1)缓流:当水深较大,流速较小,渠道中有障碍物时将会产生干扰波,这时干扰波既能向上游传播也能向下游传播,这种水流流态称为缓流。
(2)急流:当水深较浅,流速较大,渠道中遇障碍物时,同样也产生干扰波,但这种干扰波只能向下游传播,这种水流流态称为急流。
(3)临界流:在缓流和急流之间还存在另一种流动,那就是水流流速与干扰波的波速相等,此时干扰波只能向下游传播,这种水流流态称为临界流,临界流的流动形态不稳定。
2、明渠水流流态的判断方法 (1)微波流速法波速法是只要比较水流的断面平均流速v 与微波的相对速度w v 的大小,就可以判断干扰波是否会向上游传播,也可以判断水流是属于哪一种流态。
当 w v v <时,水流为缓流,干扰波能向上游传播w v v =时,水流为临界流,干扰波不能向上游传播 w v v >时,水流为急流,干扰波不能向上游传播明渠中波速的计算公式为矩形渠道 gh v w =其他渠道 h g B gA v w ==/在断面平均流速为v 的水流中,微波传播的绝对速度绝w v 应是静水中的相对波速w v 与水流速度的代数和,即h g v v v w w ±=±=v 绝式中,微波顺水流方向传播的绝对速度用“+”号,微波逆水流方向传播的绝对速度用“-”号。