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1、第四节第四节 明渠运动状态明渠运动状态 明渠水流有两种截然不同的运动状态:明渠水流有两种截然不同的运动状态: 急流:急流:水流湍急,水面遇障碍物隆起后流过,上游水面 不发生壅高,障碍物干扰对上游来流无影响; 常见于陡槽、瀑布、险滩中 缓流:缓流:水流徐缓,常见于底坡平坦的灌溉渠道、枯水季 节的平原河道中,遇到障碍物(如河道中的孤石)阻水, 则障碍物前水面壅高,逆流上传到较远的地方 1 一、明渠非均匀流产生原因和特征一、明渠非均匀流产生原因和特征 1 1、产生原因、产生原因 v明渠均匀流 (等速流、等深流) 只发生在断面形状尺寸、i、n沿程不变的长直渠道中( 渠道边界不发生变化) v明渠非均匀流
2、(实际情况) 当在渠道中修建了任意形式的水工建筑物,就破坏了 明渠均匀流发生的条件,造成了流速、水深的沿程变化, 从而产生明渠非均匀流流动。 水工建筑物:桥、涵管、坝、闸、跌水 自然因素:河渠过流断面、河床底坡 非均匀流(壅水曲线) 原均匀流水面 h0 i0 随着e增加h增加缓流 下支de/dhhc 缓流 hhc 急流 10 六六、临界底坡、临界底坡 i i c c ( (Critical SlopeCritical Slope) ) 棱柱形渠道中的断面形状尺寸、流量一定时,在渠中 形成均匀流,若均匀流的正常水深h0恰好等于该流量时的 临界水深hc,则这个渠道的底坡就称为临界底坡。 v明渠均匀
3、流: v临界水深: v临界底坡: 临界底坡是对应某一流量和某一给定形状尺寸渠道的 特定渠底坡度值,是为了计算或分析明渠流动的方便而引 入的一个假设坡度(特定坡度) 11 缓坡、陡坡、临界坡 缓坡iic:实际的明渠底坡大于某一流量下的临界坡度 ,此时的渠底坡度称为急坡(陡坡),流态为急流。 临界坡i=ic:实际的明渠底坡等于某一流量下的临界坡 度,此时的渠底坡度称为临界坡,流态为临界流。 12 流流态态判别判别方法汇总方法汇总 注: 1、2、3适用于均匀流或非均匀流普通标准 4只适用于均匀流专属标准。 缓流 急流 临界流 1 2 3 4 13 例7-1长直的矩形断面渠道底宽b=1m,粗糙系数n=
4、0.014, 底坡i=0.0004,渠内均匀流正常水深h0=0.6m。试判别水流 的流动状态 解: 水力半径 谢才系数 断面平均流速为 1用弗劳德数判别 缓流 2用临界水深判别 缓流 14 3用临界底坡判别 用临界水深hc= 0.24m,计算相应量 此渠道为缓坡渠道,此均匀流是缓流 4. 用临界速度判别 缓流 15 第五节第五节 水跃和水跌水跃和水跌 vv水跃:水跃: 明渠水流从急流状态过渡到缓流状态时,水面骤然 跃起的局部水力现象 vv水跌:水跌: 明渠水流从缓流状态过渡到急流状态时,水面突然 降落的局部水力现象。 水流由一种状态过渡到另一种流动状态,理论上是水 面升、降变化经过临界水深的过
5、程,研究水流衔接、运动 状态的过渡问题,均需由此入手。 16 一、水跃一、水跃 Hydraulic JumpHydraulic Jump 1 1、水跃水跃的定义的定义 急流缓流(h hc) 在溢洪道下、泄水闸下、 平坡渠道中闸下出流时均可 形成。 2 2、水跃水跃的结构(分区)的结构(分区) v旋滚区(表面水滚): 水跃区域的上部呈饱掺空气的表面旋滚似的水涡。 v主流区: 水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流。 C-C v1v2 h 急流区 水跃区域 缓流区 旋滚区 水跃长度 i=0 主流区 水跃高度 h“ 17 二、水跌二、水跌Hydraulic DropHydraulic Drop 水跌是明渠水流从缓流过渡到急流,水面急剧降落的 局部水力现象。 常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断 面形状突然改变处。 N-N C-C h0 hc h e emin 跌坎上水面的降落,应符合总机械能沿程减小,末 端断面最小,E=Emin的规律。所以跌坎处水深为临界水深 。 18