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水力学 第十一章明渠非恒定流 由于自然条件的变化 如洪水涨落 或者由于河渠上的水工建筑物 如闸门 不时地调节流量 使河道或人工渠道中水流流速 水深 或水位 流量 等随时间而改变 从而形成了明渠中的非恒定流 研究明渠非恒定流的目的 主要是确定在非恒定流过程中 明渠水流的流速 水深 或水位 流量 等随时间和流程的变化规律 主要介绍内容 明渠非恒定流的特性 明渠非恒定流波的分类 明渠非恒定连续性方程式 明渠非恒定渐变流的能量方程式 明渠非恒定流的特性 特性之一 明渠非恒定流必定是非均匀流 或 特性之二 明渠非恒定流也是一种波动现象 由于在明渠的某一位置流量和水位发生改变而形成 通过水流质点的位移而形成波的传播 这种波成为变位波 特性之三 波所及之区域内 各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系 不再是单一稳定的关系 恒定流时 水面坡度是恒定的 所以水位与流量呈单值关系 非恒定流时 涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大 因而流量亦大 在落水时 水面坡度比同一水位下恒定流的坡度小 因而流量亦小 明渠非恒定流波的分类 按水力要素随时间变化的急剧程度分 连续波 不连续波 按波到达以后水位的变化分 涨水波 落水波 按波的传播方向与水流方向是否一致 顺波 逆波 明渠非恒定连续性方程式 依水量平衡 化简整理得 明渠恒定流的连续性方程式 过水断面面积随时间的变率 流量随位置的变率 若 则必然有 说明在微分流段内如果流进的流量多 流出的流量少 区间内水位将随时间而上涨 发生涨水波 说明在微分流段内如果流进的流量少 流出的流量多 区间内水位将随时间而下降 发生落水波 若 则必然有 说明水流量沿程不变 水流为恒定流 若 则必然有 因Q AV A A s t V V s t 所以 明渠非恒定流连续性方程的另一种表达式为 对于矩形断面明渠 A bh 所以有 明渠非恒定渐变流的能量方程式 运动方程式 单位重量液体的势能沿流程的变化率 当地加速度所产生的惯性力沿流程所作的功 迁移加速度所产生的惯性力沿流程所作的功 单位重量液体沿单位流程克服磨擦阻力所作的功 水面坡度 动能坡度 波动坡度 磨阻坡度 J Jw Jv Jf 或 或 圣
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