【文章內(nèi)容簡介】 動沒有影響 式中， v 為水流速度， vw 為微波（擾動波）波速 緩 流 v vw 臨界流 v = vw 急 流 v vw 明渠流態(tài) 判斷明渠水流流態(tài)必須已知水流速度、微波（擾動）波速；如何考慮微波（擾動）波速？ 明渠水流流態(tài) 明渠流態(tài) 佛勞德數(shù) 微波速度 一平底矩形斷面水渠，水體靜止，水深為 h，水中 有一個直立的平板。 h vw ?h h 用直立平板向左撥動一下，板左邊水面激起 一微小波動，波高 ?h，波以速度 vw從右向左傳播 觀察微波傳播： 波形所到之處將帶動水流運動，流速隨 時間變化，是非恒定流，但可化為恒定流。 vw ?h h 選動坐標隨波峰運動，假想隨波前進來觀察渠中水流 1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 相對于動坐標系 波靜止 渠中原靜止水體以波速 vw從左向右流動 整個水體等速度 向右運動，水流為 恒定流，水深沿程 變化，是非均勻流 1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 斷面 2：波峰處 斷面 1：未受波影響 忽略能量損失，由連續(xù)方程和能量方程 得 能量方程 ? ?gvhhgvh w2Δ222121 ?? ????連續(xù)方程 ? ?wB h vvhhB ?? 2 Δ式中， B為水面寬 1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 由此得 ?????? ??????? ??hhhhghvw 2Δ1/Δ1hh? 對于波高 Δh h 的波 — 小波 hgvw ?式中： 斷面平均水深， A為過水斷面面積， B 為水面寬度 BAh ?1 2 ?h v1 = vw h 1 2 v2 逆水波 hgvvvvww ????39。（微波傳播方向和水流方向相反） 式中， 逆水波傳播波速 39。wv順水波 hgvvvvww ????39。（微波傳播方向和水流方向一致） 式中， 順水波傳播波速 39。wv 明渠水流流態(tài) 明渠流態(tài) 佛勞德數(shù) 微波速度 佛勞德數(shù)：流速與波速之比，以 Fr 表示 hgvvvFrw?? 物理意義 能量意義 水流平均動能和 勢能之比的兩倍開方 hgvhgvFr222?? 力學意義 水流慣性力與重力之比 ? ?223]dd d[][ vLLvvLxuumF ?? ?????????? ?3]d[][ gLmgG ?????????????????????????gLvgLvLGF 2132221??流態(tài)判斷 緩 流： v vw Fr 1 臨界流： v = vw Fr ＝ 1 急 流： v vw Fr 1 Fr 是流態(tài)判別的準數(shù) 概述 明渠恒定均勻流 明渠水流的三種流態(tài) 水躍－急流到緩流的過渡 非均勻漸變流 非均勻漸變水面變化的分析 非均勻流水面曲線的計算 斷面單位能量和臨界水深 斷面單位能量 斷面單位能量的變化規(guī)律 臨界水深及其計算 明渠水流流態(tài) 臨界坡 斷面單位能量（斷面比能） 上圖為一明渠非均勻流，以渠底為基準面，過水斷 面單位液重的總能量為 22222 gAaQhgavhEs ???? ?? c osc os 圖 斷面單位能量 z0 h cosθ h z z0 θ 0 0 v Q 1. 斷面比能定義 圖 斷面單位能量 z0 h cosθ h z z0 θ 0 0 v Q 當?shù)灼?θ（ 6176。 ） 較小的渠道， cosθ≈1，則 式中， E s 為斷面比能（斷面單位能量） 22222 gAaQhgavhEs ???? 22222 gAaQhgavhEs ???? ?? c osc os比較 020 2 zEgavpzEs ????? ?? E和 Es兩者相差一個渠底高程， Es與渠底高程無關(guān) ? 流量一定時， Es 是斷面形狀、尺寸的函數(shù) ? 當流量和斷面形狀一定時， Es 是水深函數(shù) ? 例如，均勻流 d ( , , ) 0d ? ? ?sEs0dd ?sE s 當 Q、渠道斷面形狀一定時，分析 E s = f（ h）－比能曲線 通?？v坐標為 h；橫坐標為 Es 2. 斷面比能曲線 Es h 根據(jù)比 能定義 222 22 gAaQhgavhE s ????Es h 漸近線 1： 橫坐標為漸近線 漸近線 2： 坐標軸成 45176。 直線 ??????sEAh ,???? sEAh ,0,0minsEhgAAaQgAaQhhhE sdddddd322212 ?????????? ??BhA ?dd (水面寬 ) 2232111 FrhgavgA BaQhE s ??????dd 當 , 流態(tài)為臨界流 m in2 1, ss EEFr ?? 1232?? rFgA BaQdh B dA 式中， Ak為臨界流時的過水面積 Bk為水面寬度 hk為臨界水深 臨界流方程 132?? kkBgAaQFrkkBAgaQ 32 ?或 當 流態(tài)為臨界流 m in2 1, ss EEFr ??1232?? rFgA BaQEs min h hk Es 122322 ????kkkkkkkk hgavBAgavBgAaQFr0111dd :0dd W h e r e 2232???????? FrhgavgA BaQhEhE sskss hhEEFr ??? ,1, m i n2Es min h hk Es 緩流 ??????????? 0dd011 :W h e n 22232k hEFrhgAaQBgAaQFrhh sh Es min h k Es 急流 ??????????? 0dd011 :W h e n 22232k hEFrhgAaQBgAaQFrhh s緩流 急流 h Es min hk Es 臨界流 0dd ?hEs0?hEsdd 斷面單位能量和臨界水深 斷面單位能量 斷面單位能量的變化規(guī)律 臨界水深及其計算 明渠水流流態(tài) 臨界坡 臨界流 方程 kkkk BAgQBgAQFr 3232or 1 ??? ??hk與渠道斷面形狀、尺寸、流量有關(guān)，與 n、 i 無關(guān) 注意 臨界水深及其計算 1. 矩形斷面明渠 323 22gqgbQhk?? ??式中， q = Q/Bk 稱渠道單寬流量，單位 m3/sm 臨界流條件下，矩形明渠水深、流速以及斷面比能間關(guān)系 kkkkks hgghhgvhE23222????? ?m i n2. 任意斷面的明渠 為含 hk 的高次隱函數(shù)式，不能直接求解 hk gQBAkk23 ?? 試算法 試算圖解法 試算法 c on s t???kkBAhfgQ 32 )(?k2332 S u p p o s e dc o n s tG i v e nhhgQBABAhgQssssss?????????...重新假定 試算圖解法 h hk Q2 g A3 B 解 由已知條件 2558095001 22 ???..gQ?計算過程詳見下表 次序 h B A A3 A3/B 例 梯形斷面渠道 m =， b =10m， Q = 50m3/s， hk？ 1 . 1 01 . 1 51 . 2 01 . 2 51 . 3 01 . 3 51 . 4 01 . 4 51 . 5 02 0 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 0 . 0 3 5 0 . 0 4 0 0 . 0A3/ Bh次序 h B A A3 A3/B 斷面單位能量和臨界水深 斷面單位能量 斷面單位能量的變化規(guī)律 臨界水深及其計算 明渠水流流態(tài) 臨界坡 緩流 急流 h Es min hk Es 臨界流 0dd ?hEs0?hEsdd 斷面比能的變化規(guī)律 2121k2121k , if , ifssss EEhhhh EEhhhh ???? ????h1 h2 Es2 Es1 緩流 急流 h Es min hk Es 臨界流 0dd ?hEs0?hEsdd 斷面比能的變化規(guī)律 2121k