文档介绍：水力学讲义
第六章明渠恒定非均匀流
人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。
明渠非均匀流的特点:流线不是相互平行的直线,同一条流线上各点的流速(包括大小和方向)不同,明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。
在明渠非均匀水流中,若流线是接近于相互平行的直线或者说流线间夹角很小,流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流。反之为明渠非均匀急变流。
水力学讲义
第六章明渠恒定非均匀流
本章着重研究在恒定流情况下,明渠非均匀渐变流的水流要素沿流程的变化规律,主要研究明渠水深(或水位)沿流程的变化规律,也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其计算,以便恰当地确定明渠边墙高度,以及回水淹没的范围等等。
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第六章明渠恒定非均匀流
明渠水流的三种流态
缓流:当明渠中水流受到干扰
微波后,若干扰微波既能顺水流方
向朝下游传播,又能逆水流方向朝
上游传播,造成在障碍物前长距离
的水流壅起,这时渠中水流就称为
缓流。(如图)此时水流流速小
于干扰微波的流速,即ν<νw 。
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第六章明渠恒定非均匀流
急流:当明渠中水流受到干扰后,若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播,不能逆水流方向朝上游传播,水流只在障碍物处壅起,这种明渠水流称为急流(如图)。此时水流流速大于干扰微波的流,即 ν>νw。
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第六章明渠恒定非均匀流
临界流:当明渠中水流受到干扰微波后,若干扰微波向上游传播的速度为零,这正是急流与缓流这两种流动状态的分界,称为临界流。
此时 ν=vw。
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第六章明渠恒定非均匀流
明渠水流流态的判别依据是佛汝德数 Fr :
弗汝德数: Fr =
当Fr <1,水流是缓流,
当Fr = 1,水流是临界流,
当Fr >1,水流为缓流。
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第六章明渠恒定非均匀流
断面比能与临界水深
一、断面比能、比能曲线
断面比能Es是以通过明渠断面最低点的水平面为基准
的单位重量水体所具有的总机械能,可表示为:
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第六章明渠恒定非均匀流
当断面的形状、尺寸和流量一定的时候,Es只是水深h的函数。取α=1,可导出:
从上式可知:
当>0,必定Fr<l,水流是缓
流。
当<0,则Fr>l,水流是急流。
当=0,Fr=1,是临界流,这时Es取极小值,对应的水
深是临界水深hk。
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第六章明渠恒定非均匀流
二、临界水深hk
临界水深 hk是讨论明渠水流运动和水面线的重要参
数,其计算公式为: