16 水力学下 第六讲 明渠均匀流与非均匀渐变流6.pptx

第1页：第一章总结

第一章总结第一章总结

• 流态判断

• 恒定非均匀渐变流的基本方程

• 水面线变化分析

• 水面曲线计算

• 流态判断

• 恒定非均匀渐变流的基本方程

• 水面线变化分析

• 水面曲线计算弗劳德数、微波波速急流、缓流、临界流谢才公式比能(E)临界水深（E最小）弗劳德数、微波波速急流、缓流、临界流谢才公式比能(E)临界水深（E最小）1流态判断作业：13-3013-2613-27第六讲

第2页：流态判定的几种方法

讨论

流态判定的几种方法底坡（均匀流时）水深流速Fr数比能E动能与水深h>

hch<

hch=hcV<

CV>

CV=CFr<

1Fr>

1Fr=1dE/dh>

0dE/dh<

0dE/dh=0h>v222gv2h<22gi>

ici<

ic2h=v22gi=ic特征缓流急流临界流

第3页：恒定非均匀渐变流的基本方程

棱柱形渠槽水深沿程变化方程第一章总结

• 恒定非均匀渐变流的基本方程

• 人工渠槽断面单位能量沿程变化方程

• 天然河道水位沿程变化方程ds1−Fr2dh=i−JffdEs=i−Jds2=0fdsds2gdz+(1+

• )d(v)+J

第4页：水面线变化分析

第一章总结第一章总结

• 水面线变化分析

• 水面线变化分析

• 由底坡判断水面曲线的形式

• 由N-N,C-C线将空间分成3个区:（1）（3）壅水，（2）区降水

• 水面线与N-N线渐近，与C-C线垂直

• 急流控制水深在上游，缓流控制水深在下游

• 急流到缓流过渡—水跃临界、远驱、淹没水跃

• 缓流到急流，通过临界水深

第5页：水面曲线计算要点

第一章总结4水面曲线计算1人工渠槽水面线计算

• 定性分析水面线变化；

• 确定控制断面与控制水深；

急流：控制断面在上游；

缓流

控制断面在下游急流到缓流发生水跃；

缓流到急流经过临界水深

• 根据分段原则分段试算水面曲线

• 问题类型1两端水深已知，直接求距离2一端水深未知，迭代求解3水面线计算与水跃问题结合

第6页：天然河道水位计算

第一章总结

4水面曲线计算2）天然河道水位计算（1）列出基本方程f)d[v/(2g)]+Jds2−dz=(α+ζudj22(v−v)/2gdh=ζddduuu2g2K2v2Q22g2K2v2ΔsQ2Δs−=z+(α+ζ)+z+(α+ζ)（2）定性分析，如流态、控制水深（4）确定局部损失系数（5）用试算法，使方程两端相等f(zu)=φ(zd)3A(m2)z(m)012R(m)z(m)2310(3）断面面积与水力半径随水深的变化曲线

第7页：急流－急流的水面衔接

19-(2)急流－急流急流控制水深在上游i>

icNCNCNi>

ic②区无壅水CNS3

第8页：缓流－缓流

19-(3)缓流－缓流

• 缓流控制水深在下游i<

icNNCNCi<

ic②区无壅水NCM1

第9页：缓流－缓流i&

19-(3)缓流－缓流i<

icCNCNNCi<

icNM2①区无降水

• 缓流控制水深在下游

第10页：急流－缓流的水面衔接

19-(4)急流－缓流急流向缓流过渡必然发生水跃i>

ici<

icCNCNNCN临界水跃M3S1远驱水跃淹没水跃

第11页：临界流－缓流的水面衔接

19-(5)临界流－缓流CCCi=ici<

icNNC1

第12页：临界流－急流的水面衔接

19-(5)临界流－急流Ci=ici>

icNNCCC3S2C3S3

第13页：平坡－急流的水面衔接

H2H319-(6)平坡－急流CCCi=0i>

icNNH3H3S2S3

第14页：急流－平坡的水面衔接

19-(7)急流－平坡Ci>

ici=0CNNH3H2S1H2H2

第15页：反坡－缓流的水面衔接

19-(8)反坡－缓流CCCi<

0i<

icA3A2A3A3M3A2NN

第16页：缓坡－缓坡的水面衔接

13-21CNNNCNC②区无壅水i<

ici<

icM2M1

第17页：陡坡－陡坡的水面衔接

13-22CCCNNNNi>

ici>

ich0S3S3S1

第18页：缓坡段较短的水面衔接

13－23lNcM3i<

ic1）L较短lNci<

ici<

iclNcM2M32) L较长M3M23) L更长

第19页：不同底坡组合的水面衔接

cNNc13－24i<

ici=0i>

icM1M2s2H2

第20页：平坡段较短的水面衔接

25-1CCCCi<

ici>

ici<

ici=0NCNNNM1NS2NM2H3M3平坡段较短NN由于建筑物的存在，使得该处正常水位提高

第21页：平坡段较长的水面衔接

25-2CCi<

ici>

ici<

ici=0H3NCNNNM1NS2M2H2平坡段较长NNCN由于建筑物的存在，使得该处正常水位提高

第22页：陡坡上发生水跃的水面衔接

25-3CCCi<

ici>

ici<

ici=0NCNNNNS2M2H2M1S3陡坡上发生水跃平在NNCN由于建筑物的存在，使得该处正常坡段更长水位提高

第23页：明槽均匀流断面流速分布

明槽均匀流断面流速分布

• 断面平均流速：v层流：二次分布（抛物线型）湍流：对数分布（粘性底层为线性）0YX自由水面槽底

第24页：明槽均匀流断面流速分布

明槽均匀流断面流速分布：下表列出相关数据。

0YX自由水面槽底明槽均匀流断面流速分布(层流)Hii=fi−∂xj∂ui+uj∂u∂t∂2u+ν1∂pρ∂xi∂xj∂xj=0∂uj∂xj连续方程连续方程运动方程运动方程u2=0∂x1∂u1=0∂p∂2u∂x∂y∂y+μ1=0ρgsinθ−∂y−ρgcosθ−∂p=0边界条件y=0,u=0y=h,du/dy=0hch2yyhu=1(2−)2μ