第2章节水力学基本知识幻灯片.pptVIP

弗劳德数判别 缓流 急流 临界流 弗劳德数 断面比能 断面比能 　 　 　 缓流, 急流, 临界流 临界水深 临界水深 　 　缓流 　 急流 　 临界流 临界底坡 临界底坡 　缓坡 　急坡 　临界底坡 例2-3 底宽b=5m的梯形渠道,通过流量Q=40m3/s.当此渠道作均匀流时,正常水深h0 =2m,粗糙系数n=0.025,试分别用hk和ik判别该渠道属何种底坡. 跌水 处于缓流状态的水流，由于渠底突然变陡或渠道断面突然变宽，导致水面急剧下降，水深减少，水流从缓流变成急流，称为跌水。图下所示。 该渠道由两段不同的底坡i1和i2组成，上游段i1ik，水流作均匀流时为缓流；下游段i2ik，水流作均匀流时为急流。在渠道底坡突然改变处，水流的均匀流条件被破坏，水流由缓流变成急流。坡度突变处断面的水深h=hk，一般就取该断面的水深为临界水深hk。 水跃 水跃是明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时水面骤然跃起的局部水力现象。如下图所示，上游为急流状态(hhk)，下游为缓流状态(hhk) ，从急流到缓流的过渡过程中，常伴有一个作剧烈回旋运动的表面旋滚。旋滚中饱掺着大量的气泡，旋滚的下部为急剧扩散的主流，由于水滚大量掺气、旋转、内部极强的紊动掺混作用，消耗了水流中大量的能量。有时可达水跃前断面能量的60%~70%。因此在实际工程中，水跃常作为重要的消能手段。 水跃区的几何要素 跃前水深h——跃前断面（表面水滚起点所在过水断面）的水深； 跃后水深h——跃后断面（表面水滚终点所在过水断面）的水深； 水跃高度 a=h - h 水跃长度lj——跃前断面与跃后断面之间的距离。 水跃两种形式 按照水跃前后水深的比值不同，把水跃分成两种形式： （1）当跃后水深h和跃前水深h之比2时，水跃表面产生旋滚，空气大量掺入，称为完整水跃； （2）当h/h≤2时,跃前水深接近于临界水深，水跃跃起的高度(h - h)不大，水跃呈现一系列起伏的波浪，称为波状水跃。 棱柱体平坡渠道上的完整水跃基本方程 取一段平底的棱柱形断面的渠道，引入以下假设： 1.渠道边壁的摩擦阻力忽略不计； 2.跃前、跃后的断面为渐变流断面，断面上的动水压强按静水压强分布规律计算； 3.跃前、跃后断面的动量修正系数相等，取由跃前、跃后断面1-1，2-2之间的水体为控制面，可得水跃方程： 共轭水深的计算 对于矩形断面的棱柱形渠道，有 水跃的长度计算 水跃长度是泄水建筑物消能设计的主要依据之一,但由于水跃运动的复杂性，所以目前水跃长度仍只是根据经验公式计算。 1.以跃后水深表示 适用范围为 2.以跃高表示 3.以佛罗德数表示 水跃长度 也可理解为水跃段长度 和跃后长度 之和。 即 水跃的能量损失 由水跃造成的绝大部分的能量损失集中于水跃区域，少部分能量损失发生在跃后段。因此，通常认为水跃的能量损失可按完全发生在水跃段来计算，即 矩形渠道可采用下式进行计算： 补例1 有一水跃产生于一棱柱体矩形水平渠道中,已知q=5m3/(s·m),b=6m,h=0.5m,求跃后水深h,跃长l和水跃的能量损失hw。 第2章 水力学基本知识 §2-1明渠均匀流 明渠均匀流是流体具有自由表面的流动，所以这种流动的相对压强为零，是无压流动。常见的明渠流现象，如天然河道、人工渠道的水流、屋面天沟的排水、城市排水管道中的水流等等。 渠道底坡或比降 明渠渠底沿程单位长度的降低值称为底坡i ,一般底坡都很小 底坡可分为: 顺坡(i0), 平坡(i=0), 逆坡(i0) 常见的断面形状 过流断面的几何要素 底宽 b,水深 h,边坡系数 m(表示边坡倾斜程度的系数) 水面宽 过流断面面积 湿周 水力半径 明渠均匀流的形成条件 1.渠底必须是顺坡，平坡和逆坡渠道中不可能产生均匀流。