文档介绍：水力学
第十一章明渠非恒定流
主讲:熊亚南
前进
由于自然条件的变化(如洪水涨落),或者由于河渠上的水工建筑物(如闸门)不时地调节流量,使河道或人工渠道中水流流速、水深(或水位、流量)等随时间而改变,从而形成了明渠中的非恒定流。
研究明渠非恒定流的目的:主要是确定在非恒定流过程中,明渠水流的流速、水深(或水位、流量)等随时间和流程的变化规律。
主要介绍内容:
明渠非恒定流的特性
明渠非恒定流波的分类
明渠非恒定连续性方程式
明渠非恒定渐变流的能量方程式
明渠非恒定流的特性
特性之一:明渠非恒定流必定是非均匀流。
或
t(时)
Q(m3/s)
上、下游断面的流量过程线
t1
t2
t(时)
z(m)
上、下游断面的水位过程线
t1
t2
特性之二:明渠非恒定流也是一种波动现象。
Vw
Vw
V
Vw
波锋
波体
特性之三:波所及之区域内,各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系
z
Q
恒定流时水位~流量关系
z
Q
非恒定流时水位~流量关系
涨水
落水
Qmax
zmax
Qmin
zmin
恒定流时,水面坡度是恒定的,所以水位与流量呈单值关系。
非恒定流时,涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大,因而流量亦大;在落水时,水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小,因而流量亦小。
明渠非恒定流波的分类
按水力要素随时间变化的急剧程度分
连续波
不连续波
按波到达以后水位的变化分
涨水波
落水波
按波的传播方向与水流方向是否一致
顺波
逆波
Vw
Vw
明渠非恒定连续性方程式
ds
上
上
下
下
t1
a
a
Q
b
b
t2
A
依水量平衡:
化简整理得:
明渠恒定流的连续性方程式
过水断面面积随时间的变率
流量随位置的变率
若,则必然有
说明在微分流段内如果流进的流量多,流出的流量少,区间内水位将随时间而上涨,发生涨水波。
若,则必然有
说明在微分流段内如果流进的流量少,流出的流量多,区间内水位将随时间而下降,发生落水波。
若,则必然有
说明水流量沿程不变,水流为恒定流。
因 Q=AV,A=A(s,t),V=V(s,t),所以
明渠非恒定流连续性方程的另一种表达式为:
对于矩形断面明渠,A=bh,所以有
明渠非恒定渐变流的能量方程式(运动方程式)
单位重量液体的势能
沿流程的变化率
(作用于单位重量液体上)
惯性力沿流程所作的功
(作用于单位重量液体上)
惯性力沿流程所作的功
单位重量液体沿单位流程克服磨擦阻力所作的功