第八章明渠流动要点解析.ppt

五、判别流动型态的标准 1、缓流： Fr 1； h h cr； i icr ； v v cr ； v c ； dE dh 0 Fr= 1； h =h cr； i = icr ； v = v cr ； v = c ； dE dh ＝ 0 dE dh 0 Fr 1； h h cr； i icr ； v v cr ； v c ； 2、急流： 3、临界流： 例题1：一矩形水槽底宽50cm，Q=500cm3/s，n=0.01。求（1）临界水深hc 解（1） （2） §8—6 水跃和跌水 一、水跃 1、水跃现象： 明渠流从急流状态过度到缓流状态时， 水面突然跃起的局部水力现象。 （1） 水跃： （2）发生原因： 由水深较小的急流受到下游水深较大的缓流 阻挡，迫 使局部水流强烈混掺，流速骤降， 急流 的动能大量消耗，剩余动能在局部渠段内，急剧 转为势能，由此引起局部水位急剧升高，呈水跃 现象。 h/ h// 漩涡区 （3） 水跃图示： 缓流区 主流区 急流区 上部为旋涡区，下部为主流区。此两部分的质点不断相互混掺，进行能量交换。故水跃可以引起大量的能量损失，通常可作为一种消能的措施。 2、水跃方程： （1）几点假设： 1 水跃段摩擦阻力忽略不计； 2 跃前及跃后断面为渐变流过流断面； 3 动量修正系数相同，即 β1=β2= β = 1； 4 平坡渠道，重力在流动方向上无分量。 （2）方程的推导依据： 动量方程： 1 1 2 2 （3） 完整水跃方程式： 当 Q 一定时，水跃方程式为 水深的函数，故可改写成函数式。 令： 则有： J（h/）=J（h//） 水跃函数 （4）水跃函数： （5）J（h）随 h 变化曲线： 如图 450 E, J h hk E min J min E=f(h) J=f (h) （6） 对比： J（h）～ h E（h）～ h 与 上支——缓流； 下支——急流。 1 曲线形状相似； 2 在同一水深 hk 时具有最小值； 450 E, J h hk E min J min E=f(h) J=f (h) En－ Em = △E ——水跃能量损失。 h/ 、h// ——共轭水深； 3 作一任意平行 h 轴的直线，与 J（h）～ h 曲线相交于两点 M、N，而 M、 N 两点分别 对应两个水深 h/ 、h//。 450 E, J h hk E=f(h) J=f (h) h， h” 3、共轭水深计算（水跃方程） （1）任意断面形状： 1??试算； 2 图表 ； 3 作 J（h）～ h 曲线 。 解题方法 （2）矩形断面： 由 代入下式 整理上式得 分别以跃后水深h’’或跃前水深h’为未知量，解上式得 4、水跃的能量损失、水跃长度 （1）能量损失： 主要集中在水跃段，可将此段损失作为 水跃能量的全部损失。 对于平坡、矩形 断面 渠道，有： （2）水跃长度： 1)以跃后水深表示的公式 2)以跃高表示的公式 3)含弗劳德数的公式 ——缓流、急流连接处的断面。 控制断面 二、跌水 —— 在渠道中，水流由缓流向急流过渡时， 水面突然跌落的水力现象。 其水深为控制水深，可认为是临界水深。 在进行水面曲线分析时，可作为一个已知条件。 例题：有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量Q=5m3/s，边坡系数m=1.0，粗糙系数n=0.020 ，底坡i=0.0002。试求：（1）按水力最优条件设计断面； 解： （1）水力最优 A=(b+mh)h=（0.83h+h）h=1.83h2 又水力最优R=h/2 即hm=1.98m； bm=1.98×0.83m=1.64m 可按明渠均匀流基本公式计算。 一、无压圆管各水力要素之间的关系。 θ h d §8—3 无压圆管均匀流 1.基本量 θ——充满角 α——充满度。 d ——直径 h——水深 （1） 当а=1 时， 为满管流动； （2） 当а 1 时，为不满管流动。在污水管路 设计中，为通风、防暴及适应污水量的变 化，一般均应设计为不满流。 其最大充满度见表8—5。 2.导出量 θ h d 过水断面面积： 湿周： 水力半径： 二、水力特征： 三、计算图表（图10—9）。 为了计算方便，可将繁杂的公式化关 系绘成表格。 图表中采用无量纲组合量