6第六章-明渠恒定非均匀流PPT课件

1、1 6 明渠恒定非均匀流明渠恒定非均匀流 6-1 一矩形断面渠道一矩形断面渠道b为为3m，Q为为4.8m3/s，n为为0.022，i为为 0.0005。求。求（一）水流作均匀流时微波波速；（二）水流（一）水流作均匀流时微波波速；（二）水流 作均匀流时的佛汝德数；（三）从不同角度判别明渠水流作均匀流时的佛汝德数；（三）从不同角度判别明渠水流 流态。流态。 思路：思路： 1、 ，h为均匀流水深。 为均匀流水深。 2、 ，v为平均流速。 为平均流速。 3、 ghvw gh v F r rw Fvv，和 2 3 2.672.67 2.67 h 4.8 214.66/ i0.0005 3 3.98 0.

2、022 214.66 m03.98 /0.60.60.6 31.8 9.81 1.84.2/ w Q Kms b nK b nK h bhbm vghm s 解：（一）用查图法求均匀流水深 ： 由，查附图可得： 微波相对波速： 3 缓流用佛汝德数： 缓流用微波波速： （三）判别水流流态： 平均流速： （二）求佛汝德数： 1F vv 212. 0 1.89.81 89. 0 gh v F s/m89. 0)8 . 13/(8 . 4A/Qv r w r 4 6-2 6-2 一梯形断面渠道，一梯形断面渠道，b b为为8m8m，m m为为1 1，n n为为0.0140.014，i i为为0.0015

3、0.0015 ，当流量分别为，当流量分别为Q Q1 1= =8m3/s，Q Q2 2=16=16m3/s时，求（一）用试算法时，求（一）用试算法 计算流量为计算流量为Q Q1 1时临界水深；（二）用图解法计算流量为时临界水深；（二）用图解法计算流量为Q Q2 2时时 临界水深；（三）流量为临界水深；（三）流量为Q Q1 1及及Q Q2 2时，判别明渠水流作均匀流时，判别明渠水流作均匀流 的流态。的流态。 思路：思路： 1、 2、由、由q查查hK K，由，由hK Km/b查查hK K /hK K，求得 ，求得hK K 3、比较均匀流水深、比较均匀流水深h与与hK K k 3 k 2 B A g

4、Q B A h 3 5 ，计算值列于下表：假设一系列的水深 （一） h 53. 681. 9/81g/Q 2 2 1 曲线，如下图：根据上表的数据绘制 B A h 3 m47. 0h53. 6 g Q B A 1K 2 1 3 ，可得由 h (m)B (m)A (m 2) A3/B 0.208.401.640.53 0.408.803.364.30 0.609.205.1614.40 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.003.006.009.0012.0015.00 A3/B h 6 水流为缓流， 水流为缓流， 时，同理可得当 查附图得，由 时

5、：当 ：用图解法求均匀流水深 （三）判别流态 可查得：由 查附图，得： （二）用图解法： 2k22k 1k11k 2 3 2 11 67. 2 67. 267. 2 3 1 3 1 K2K K 2K K KK 3 2 hhm73. 0h hhm47. 0h m80. 0hs/m16Q m56. 0807. 0b07. 0h07. 0b/h96.88 nK b 1m 96.88 56.206014. 0 8 nK b s/m56.206 0015. 0 8 i Q Ks/m8Q m73. 074. 098. 0h98. 0h98. 0 h h b m h m094. 0 8 1 74. 0 b

6、m hm74. 0h ms/m28/16b/Qq 7 6-4 6-4 证明：当断面比能证明：当断面比能E Es s以及渠道断面形式、尺寸以及渠道断面形式、尺寸(b(b、m)m)一一 定时，最大流量相应的水深是临界水深。定时，最大流量相应的水深是临界水深。 思路：思路： h)mhb(A )hE( g2 AQ gA2 Q hE s 2 2 s 其中： 最大。对应的，此时由Qh0 dh Qd 8 临界水深的方程式 令 由 有关。只与一定时，、当 证明： B A g Q 1 gA BQ 1)h gA2 Q h( A B2 2 A )hE(B 0 hE2 Ag2 )hE( g2 B0 dh dQ hE2

7、 Ag2 )hE( g2 B dh dQ B dh dA hE2 ) 1(g2 A)hE( g2 dh dA dh dQ hQmbE )hE( g2 AQ gA2 Q hE 32 3 2 2 2 s s s s s s s s s 2 2 s 9 6.6 试分析并定性绘出图中三种底坡变化情况时，上下游渠道 水面线的形式。已知上下游渠道断面形状，尺寸及粗糙系数均 相同并为长直棱柱体明渠。 10 6.14 如图所示矩形渠道设置一潜坎，试证明缓流通 过潜坎时，水面要下降，而急流通过潜坎时，水 面要上升（不计损失）。 11 解： 以渠底为基准面，写1-1，2-2断面的能量方程： 22 1 122 11

8、2 112 121 12 1 22 0 ss ss ss vv hph gg EpE EEp EE 故 1212 1212 22 121212 . ,1 1 2 s ss E EEhh vvzz zzvvzz g 当水流为缓流时，由比能曲线可知断面比能 随水深的增加而增大，即，必有 水位，代入方程得 ，故，水位下降 12 121212 , s ss E EEhhzz 当水流为急流时，断面比能随水深的增加而 减小，即，必有同理可证 13 6.15 试定性分析下列流量试定性分析下列流量Q和糙率和糙率n一定的长直棱柱体渠道中一定的长直棱柱体渠道中 可能产生的水面线形式可能产生的水面线形式 14 解：

9、解： N N b2 b0 c0 K 15 N3 N3 N2N2 b1 b0 c0 K K b2 16 N3 N3 N1 K K b1 N1 N2 N2 a1 b2 17 K ii 1 K ii 2 12 ii a1 b1 根据给的根据给的N-N和和K-K关系学会判断底坡及其相对大小关系学会判断底坡及其相对大小 18 N3 N1 K K N1 N2 N2 a3 c3 19 6.16 在各段都长而直的棱柱体渠道中，已知流量在各段都长而直的棱柱体渠道中，已知流量Q，糙率，糙率 n均为一定，试定性绘出下列各渠道中的水面曲线。均为一定，试定性绘出下列各渠道中的水面曲线。 20 解：解： N3 K N3 N2 N2 b2 b0 c0 c1 21 N3 K N3 N1 N1 K c2 c3 a2 22 N4 KN3 N4 N3 K b0 c3 b b2 23 N2 K N2 N1 N1 K c2 a3 a2 c3 b0 24 N3 K N2 N1 N1 K b1 c1