第六章__明渠恒定流讲解.ppt

带有足标“K”的各符号均表示水深为临界水深hk时的各水力要素。 临界坡度 ik 是对应 某一个流量 和 某一给定渠道 的 特定渠底坡度值，它是为了计算或分析的方便而引入的一个 假设坡度。 3．临界坡度 在棱柱形渠道中，断面形状、尺寸和流量一定时，若水流的正常水深h0恰等于临界水深hk时，则其渠底坡度称为临界坡度ik。简言之，临界坡度是指正常水深恰等于临界水深时的渠度坡度。 临界坡度 ik 满足均匀流基本关系式： 临界坡度 ik 满足临界水深的普遍： 联解求得： 如果i ik(或h0hk)，此时渠底坡度称为 缓坡； 如果iik(或hohk)， 此时渠底坡度称为 急坡或陡坡； 如果i＝ik(或ho=hk)， 此时渠底坡度称为 临界坡. 关于渠底坡度的缓、急之称，是对应于一定流量来讲的。 对于某一渠道，底坡已经一定，但当流量增大或变小时，所相应的hk(或ik)起了变化，从而对该渠道的缓坡或急坡之称也可能随之改变。 i ：实际的明渠底坡 i k：某一流量下的临界坡度（假想坡度） (1)缓流状态 当明渠水流流速小于临界流速时，称为缓流。 当vvk，则hhk。此时，水流处在e＝f(h)曲线的上支， de／dh0，断面单位能量e对水深h的导数为正值，e是增函数。 4．明渠水流的三种流态 明渠水流流速一般处于紊流状态。随着水流速度的缓、急程度，明渠水流又分为缓流、急流和临界流三种流态。 (2)急流状态 当明渠水流流速大于临界流速时，称为急流。 当vvk，则hhk。此时，水流处在e＝f(h)曲线的下支，de／dhO，断面单位能量e对水深h的导数为负值，e是减函数。 当v=vk，则h=hk。此时，水流处在e=f(h)曲线的emin点上， de／dh=0，说明函数e的变化在此处分界。 除了可用 临界流速或临界水深，断面单位能量的变化作为判别外，还可用一个更简便的判别准则——佛汝德数Fr来判明。 (3) 临界流状态 当明渠水流流速等于临界流速时，称为临界流。 是一个无量纲的组合数， 在水力学上称为 佛汝德数。 佛汝德数 Fr 代表能量的比值，它为水流中单位重量液体的动能对其平均势能比值的二倍。 水流中的动能愈大，Fr 愈大，则流态愈急。 如Fr1，则de／dh0，则水流为急流 。 如令 ω/B＝hm 表示过水断面上的 平均水深，则： 明渠中的急流与缓流在水流现象上是截然不同的。 假设在明渠水流中有一块巨石或其它障碍，便可观察到缓流或急流的水流现象：如石块前的水位壅高能逆流上传到较远的地方(见图6-2la)，渠中水流就是缓流；如水面仅在石块附近隆起，石块干扰的影响不能向上游传播(见图6—2lb)，渠中水流就是急流。 为什么急流和缓流会出现如此不同的现象? 这是因为石块对水流的扰动必然要向四周传播，如水流速度小于微小扰动波的传播速度，扰动波就会向上游传播，这就出现缓流中看到的现象。反之，扰动波只能向下游传播，不能向上游传播，于是出现急流所看见的现象。 §6—9 水 跃 水跃发生在较短的流段内，流速大小及其分布不断变化。水跃区域的上部为饱掺空气的表面旋滚，下部则为急剧扩散的主流。 水跃是 明渠非均匀 急变流 的重要现象，它的发生不仅增加上、下游水流衔接的复杂性，还引起大量的能量损失，成为有效的消能方式。 1 水跃现象 水跃 是明渠水流从急流状态(水深小于临界水深)过渡到缓流状态时水面骤然跃起的局部水力现象。它可以在溢洪道下、泄水闸下、跌水下形成，也可以在平坡渠道中闸下出流时发生。 2．水跃的基本方程 仅讨论平坡(i=o)渠道中的完整水跃。 完整水跃 是 指发生在棱柱形渠道的，其跃前水深h’和跃后水深h’’相差显著的水跃。 水跃区内部水流极为紊乱复杂，其阻力分布规律尚未弄清。 应用不需考虑水流能量损失的动量方程来推导。并且在推导过程中，根据水跃发生的实际情况，作了下列一些假设： (1) 水跃段长度不大，渠床的摩擦阻力较小，可以忽略不计。 (2) 跃前、跃后两过水断面上水流具有渐变流的条件，作用在该 两断面上动水压强的分布可以按静水压强的分布规律计算。 (3) 设跃前、跃后两过水断面的动量修正系数相等，即 β1=β2=β3 其