水力学第八章明渠恒定非均匀流.ppt

取O—O为基准面，取1—1，2—2断面为渐变流断面列能量方程。 整理化件简得 可能出现的情况及其水面曲线的形状特征 若 ，则水深沿流程增大，水面为壅水曲线; 若 ，则水深沿流程减小，水面为降水曲线; 若 ，则水深沿程趋于不变，水面趋向于均匀流的水面; 若 ，则水面趋向于水平面; 若 ，则水面与流向趋于重直; 六、棱柱体明渠水面曲线形状分析 几个概念 ① N-N线：以正常水深 h0 绘出的均匀流水面线。 ② C-C线：以临界水深 hC 绘出的水面线。 ③ 明渠底坡分类： 正坡(i0) 能发生均匀流 平坡(i=0) 不能发生均匀流 负坡(i0) 不能发生均匀流 各种底坡上的水流分区 i0，iiC i0，i=iC i0，iiC C C C C N N N N M1 C1 S1 M2 S2 M3 S3 C3 i=0 i0 C C C C H2 A2 H3 A3 （N） （N） C C i0时 (一)正坡(i0) (二)平坡(i=0) (三)负坡(i0) * TRANSPORTATION COLLEGE OF SOUTHEAST UNIVERSITY * TRANSPORTATION COLLEGE OF SOUTHEAST UNIVERSITY 第八章 明渠非均匀流 主要内容 ☆概述 ☆明渠水流的两种流动形态 ☆断面单位能量，临界水深，临界底坡 ☆明渠水流两种流态的转换 ☆棱柱体明渠水面曲线微分方程 ☆棱柱体明渠水面曲线形状分析 ☆棱柱体明渠水面曲线计算 一、概述 V1 V2 h1 h2 水面线 总水头线 产生明渠均匀流的诸多条件中只要有一个条件不满足，明渠上将产生非均匀流动。 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。 本章主要研究的任务：就是分析水面线的变化及其计算，以便确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等。 二、 明渠水流的两种流态 河流溪涧中障碍物对水流的影响。 现象 1、缓流和急流 缓流：水流流速小，水势平稳，遇到干扰，干扰的影响既能向下游传播，又能向上游传播 急流：水流流速大，水势湍急，遇到干扰，干扰的影响只能向下游传播，而不能向上游传播 2、明渠中干扰微波的波速 平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h。直立平板移动后引起一孤立波，以速度C从左向右传播。取运动坐标系随波峰运动，相对于这个运动坐标系而言，波是静止的，水流可视为以波速C从右向左流动的恒定流。 试验 对动坐标而言，静止水体以波速C从右向左流动。 能量方程和连续性方程 现场观测和实验结论 对非矩形断面， 为断面平均水深，B为水面宽度， 相当于把过水断面A化为宽为B的矩形时的水深。 3、缓流和急流的动力学分析 对速度为V的水流，令波相对于地的速度为Cd’，称为绝对波速。 缓流(波向上、下游均传播) 临界流(波向上游停滞不前，波向下游传播) 急流(干扰点上下,波均向下游传播) 把流速V与波速C的比称为弗劳德数，是一个无量纲数。 流态判别数－弗劳德(Froude)数 弗劳德（Froude）数的物理意义： 表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，Fr愈大，意味着水流的平均动能所占的比例愈大。 表示水流的惯性力与重力两种作用力的对比关系。急流时，惯性力对水流起主导作用；缓流时，重力对水流起主导作用。 当Fr=1，临界流 当Fr1，缓流 当Fr1，急流 流态判别 必须注意： Fr≠Re ；缓流≠层流 明渠水流任一过水断面的单位机械能 三、断面单位能量、临界水深、临界坡度 1、断面单位能量 当θ60时，Cos≈1，此时： 2、由于有能量损失，E总是沿流减小，即 Es却不同，可沿流减少，不变甚至增加，即 1、Es只是E中反映水流运动状况的那一部分能量，两者相差一个渠底高程Z0。计算E时，应取同一基准面，而计算ES时则以各断面的最低点为基准。 E、Es两者区别： 断面单位能量：以断面最低点为基准面计算时的单位机械能，称为断面单位能量，以Es表示。 2、断面单位能量Es与水深h的关系 在断面形状尺寸及流量一定的条件下， ES只是水深的函数。如果以纵坐标表示水深，以横坐标表示ES，则一定流量下所讨论断面的ES随