流體力學泵與風機8明渠流動、堰流和滲流ppt(參考版)
2024-12-11 04:59本頁面
【正文】 小 結 。 圖 井群 滲流概述 86 滲流概述 87 【 本章小結 】 本章首先提出了明渠流動的概念、特點及幾何性質，明渠流動狀態(tài)的判別方法，給出了明渠均勻流和非均勻流方程；然后介紹了堰流的特征、分類及基本公式；最后對滲流及其簡化模型、井和井群等的基礎知識進行了介紹。這些同時工作的井稱為井群，如圖 。井的直徑為 50～ 1000mm，井深 200m，深者可達 1000m以上。井底未達到不透水層的井稱為非完整井（非完全井）。含水層位于兩個不透水層之間，頂面的壓強大于大氣壓強，這樣的含水層是承壓含水層，汲取承壓地下水的井，稱為承壓井或自流井。由于達西實驗中的滲流流速很小，流速水頭可以忽略，因此 11和 22斷面的測壓管水頭差 就是滲流在長度的水頭損失 ，其水力坡度 為 AB CDllH?Wh JlhhlhJ W )( 21 ??? （式 ） 達西定律與裘皮依公式 滲流概述 77 圖 達西實驗裝置 滲流概述 78 滲流概述 79 滲流概述 80 井是汲取地下水和降低地下水位的取集水構筑物。 達西實驗裝置如 圖 ，一上端開口的直立圓筒，內裝顆粒均勻的砂土，上部由進水管 供水，并用溢流管 以保持水位恒定，滲透過砂體的水通過底部濾水網 流入容器 ，并由此測定滲流流量。在均質土壤中，滲透性與滲流方向無關的土壤，稱為各向同性土壤，否則稱為各向異性土壤。土壤的滲透性主要取決于土壤的顆粒組成，根據其在整個滲流空間有無變化，可將土壤分類。土壤都是透水的。重力水是指充滿在土壤孔隙中，受重力作用而在孔隙中流動的水。土壤中水的存在狀態(tài)可以分為汽態(tài)水、附著水、薄膜水、毛細水和重力水。在土建工程中滲流主要是指水在地表以下的土壤或巖層中的流動，亦稱地下水運動。 現在以寬頂堰為例如圖 ，應用能量方程推求堰流計算的基本公式，為： 式中： 稱為流量系數。同時，他們也有共性，即都是可不計沿程水頭損失的明渠緩流的溢流。 圖 自由式堰流和淹沒式堰流 堰流基礎 72 薄壁堰、實用堰和寬頂堰的水流特點是有差別的，由于 的量變引起一定程度的質變。堰流與下游水位的銜接關系是一個重要的因素。當矩形堰寬度 b等于引水渠寬度 B時為無側收縮堰(見 圖 )，否則為有側收縮堰 (見 圖 )。 圖 直堰、斜堰與側堰 堰流基礎 69 按堰口的形狀分為：矩形堰 (見 圖 )、三角堰 (見圖 )、梯形堰 (見 圖 )及曲線型堰 (見 圖 )。 堰下游水深 h及下游水位高出堰頂的高度 hs (當下游水位較高時，如圖中的虛線所示 )、堰前行進流速 v0等。 上、下游水位差 z。 堰頂厚度 。 堰高 P、 P1。 b為堰寬，即水流溢過堰頂的寬度。堰頂水頭和堰頂水深完全不同，請注意區(qū)別。 H0為堰上總作用水頭 (堰頂總水頭 )，考慮行近流速影響時的堰上作用水頭，即： Hd為堰設計水頭，是堰體形設計時的參數。堰流的基本特征量有 (圖)： 相關水頭 H、 H0、 Hd。這種障壁就稱為溢流堰，簡稱堰。 如 圖 ，在底坡為 i的棱柱形明渠恒定非均勻漸變流中，其通過的流量為 Q，現選取 00為基準面，沿水流方向任取一微小流段 ds，設上游斷面 1的水深為 h，斷面平均流速為 v，坡底高程為 z；下游斷面 2的水深為 h+dh；斷面平均流速為 v+dv，坡底高程為 z+dz。 圖 水跌 明渠非均勻流基本概念 49 在工程實際中，明渠非均勻流的水力計算問題主要是探求水深的沿程變化，即確定水面曲線。 明渠非均勻流基本概念 48 水跌 在水流狀態(tài)是緩流的明渠 中，如果明渠底縱坡由緩 坡 (iic)折轉成為陡坡 (iic) 或跌坎，則附近水面急劇 降落，水流以臨界流狀態(tài) 通過這個突變的斷面，轉 變?yōu)榧绷?，這種從緩流向急流過渡的局部水力現象稱為水跌，如 圖 。在躍前斷面和躍后斷面之間的水躍段內，水流運動要素急劇變化，水流紊動、混摻劇烈，漩滾與主流間質量不斷交換，致使水躍段內有較大的能量損失。躍后水深與躍前水深之差，即，稱為躍高。表面漩滾起點的過水斷面 11(或水面開始上升處的過水斷面 )稱為躍前斷面，該斷面處的水深 h＇稱作躍前水深。在水躍區(qū)域上部的表面漩滾區(qū)，有飽摻空氣的水流作劇烈的回旋運動。例如，在溢洪道下、泄水閘下、平坡渠道中的閘下出流均可形成水躍。 （ 4）其他方法 其他如臨界流速和斷面比能等也可用來進行流速狀態(tài)的判別。取固結在波峰上的動坐標系 (圖 )，將區(qū)內水流轉化為恒定流進行研究。 明渠的流動狀態(tài) 明渠非均勻流基本概念 41 圖8.17緩流與急流 圖8.18 微幅干擾波的傳播 明渠非均勻流基本概念 42 （ 1）微幅干擾波波速法 緩流和急流遇障礙物干擾，流動狀態(tài)不同，從運動學的角度看，緩流受干擾引起的水面波動，既向下游傳播，也向上游傳播；而急流受干擾引起的水面波動，只向下游傳播，不能向上游傳播。前者稱為緩流，后者稱為急流，并將處于急流與緩流臨界狀態(tài)的流動現象稱為臨界流。 pJJi ??圖 明渠非均勻流基本概念 34 如 圖 ，對于明渠非均勻漸變流，某斷面單位重量液體對基準面 00所具有的總機械能 為 斷面單位能量、臨界水深及臨界底坡 EgvpzE22?? ???圖 明渠非均勻流基本概念 35
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