流体力学 龙天渝 明渠流动.doc

流体力学_龙天渝_明渠流动


1)明渠非均匀流的特征与流动现象:
明渠非均匀流的特征: J≠i≠JZ
v, h沿程变化
流动现象:雍水曲线、降水曲线、水跃、跌水
2)断面单位能量
①比能:单位重量流体相对于断面最低点具有的机械能

Z0——渠底相对O-O基准面的方程,


②比能沿程变化:

在棱柱体渠道中,A 形状、尺寸Q一定,e只是h的函数。
均匀流:h,沿程不变,e
=const
;e沿程不变。
非均匀流;h,沿程变化, e=f(h
) 或或
即:非均匀流中,比能e沿程可能增加,或减小或不变。
③比能曲线:


;趋于水平轴

;趋于45°线
9. 临界水深
断面A形状、大小一定,Q一定下,相应于最小比能时的水深称临界水深。临界水深hk将比能曲线分为上、下两支。
上支:h>hk;>0;e沿程增加,e→h→∞;断面能量主要体现为势能(h)。
下支:h<hk
;
现为动能。<0
;;,e沿程减小;断面能量主要体
明渠水流中,相应于临界水深hk时的流速称临界流速。相应的明渠流动称临界流。

①临界水深hk的计算:
由比能最小,
,得:
对于梯形、无压圆管等断面、只能用此公式进行试算。将面积Ak=f(h),,水面宽度B=f'(h) 代入,为水深h的隐函数。
也可以用作图的方法:先作曲线
h~即hk。
②矩形断面hk的计算: 曲线,计算,对应的h
矩形断面:


式中,q=——单宽流量,q=vkhk×1,
则矩形断最小比能:
10. 临界底坡

棱柱体渠道中,A形状、尺寸一定,Q一定、n一定,作均匀流动时的正常水深ho等于临界水深hk,相应渠道的底坡称临界底坡ik。

式中XK、CK、BK、RK分别为临界流状态下的湿周、谢才系数、水面宽度、水力半径。
陡坡:i>ik,ho<hK,相应的渠道称陡坡渠道。
缓坡:i<ik,ho>hK,相应的渠道称缓坡渠道。
界坡:i=ik,ho=hK,相应的渠道称临界坡渠道。
11. 急流、缓流、临界流
在天然河流中,通常按流速的大小将流动分成:急流、缓流、临界流。
①急流:流速大于临界流速的流动,V>VK
缓流:流速小于临界流速的流动,V<VK
临界流:流速等于临界流速的流动,V=VK
②以波速传播方向定义急、缓、临界流速:
在明渠流动中,施加一干扰,或郑一石子,随即产生外部干扰,在水面产生一干扰波,并向四周传播。
急流:干扰波不向上游传播。
缓流:干扰波既向上游传播,又向下游传播。
临界流:干扰波向上游传播速度为0,并向下游传播。 V>
V<
V=