流体力学7-6水面曲线分析

1、1第六节 棱柱形渠道恒定非均匀渐变流棱柱形渠道恒定非均匀渐变流 水面曲线的分析水面曲线的分析 明渠非均匀流水深沿程变化，自由水面线是和渠底不明渠非均匀流水深沿程变化，自由水面线是和渠底不平行的曲线，称为水面曲线平行的曲线，称为水面曲线 )(sfh 非均匀渐变流非均匀渐变流 非均匀急变流非均匀急变流 壅水曲线：壅水曲线：h沿程增加，沿程增加，dh/ds0 降水曲线：降水曲线：h沿程减少，沿程减少，dh/dsi0N-Nc-chch01区区2区区3区区 不同区域的水面曲线形状不同，只要知道底不同区域的水面曲线形状不同，只要知道底坡形状，判断所处区域就可画出水面曲线。坡形状，判断所处区域就可画出水面曲

2、线。6 缓坡缓坡 0iic S1、S2、S3H2、H3A2、A3共共12条条 通过通过dh/ds、 h、h0、hc及及i的不同组合，便可形成明的不同组合，便可形成明渠非均匀流水面曲线的各种变化渠非均匀流水面曲线的各种变化0,0,0,dhdhdhdhdhdsdsdsdsdsi7 0ihc 分区分区 曲线曲线 水深水深h 流态流态 i-J 1-Fr dh/ds 曲线形状曲线形状曲线曲线 上游渐近线上游渐近线 下游渐近线下游渐近线 工程实例工程实例123M1M2M3h h0hch0 h hch0hc h缓流缓流缓流缓流急流急流+ + +下凹的壅水曲线下凹的壅水曲线 - + - 上凸的降水曲线上凸的降

3、水曲线- - + 下凹的壅水曲线下凹的壅水曲线M1M2M3水平线水平线hdh/dsi 静止静止N-N线线hh0dh/ds0 均匀流均匀流修挡水建筑物修挡水建筑物同上同上水跌水跌hhcdh/ds-正交正交末端跌坎末端跌坎受出流条件限制受出流条件限制水跃水跃hhcdh/ds正交正交挡水建筑物下泄挡水建筑物下泄8hciich0C-CN-N水平线水平线S1S2S3iic h0 hc h0hc h h0hc h0 h缓流缓流急流急流急流急流+ + +上凸的壅水曲线上凸的壅水曲线 + - - 下凹的降水曲线下凹的降水曲线- - + 上凸的壅水曲线上凸的壅水曲线S1S2S3水平线水平线hdh/dsi 静止静

4、止N-N线线hh0dh/ds0 均匀流均匀流修挡水建筑物修挡水建筑物同上同上水跌水跌hhcdh/ds-正交正交由缓坡入急坡由缓坡入急坡受出流条件限制受出流条件限制水跃水跃hhcdh/ds正交正交挡水建筑物下泄挡水建筑物下泄10i=ic h0=hc只存在只存在C1型壅水曲线和型壅水曲线和C3型壅水曲线型壅水曲线i=ich0 =hcC-C(N-N)C3C111i=0 i0 hcH3H2C-Ci=0hcA3A2C-Ci012 棱柱形渠道可能出现的棱柱形渠道可能出现的12种渐变流水面曲线种渐变流水面曲线,汇总汇总简图及工程实例见简图及工程实例见P180表表7-7：1、由一定流量下的正常水深线、由一定流

5、量下的正常水深线N-N与临界水深线与临界水深线C-C，将，将明渠流动空间分区。此时明渠流动空间分区。此时N-N、C-C不是渠道中的实不是渠道中的实际水面线，而是流动空间分区的界线际水面线，而是流动空间分区的界线2、微分方程式在每一区域内的解是唯一的，因此每一区、微分方程式在每一区域内的解是唯一的，因此每一区域内的水面线形状可唯一确定域内的水面线形状可唯一确定3、壅水曲线在、壅水曲线在l、3区，降水曲线在区，降水曲线在2区区4 4、除、除C1、C3型外，所有水面线在水深趋于正常水深型外，所有水面线在水深趋于正常水深h h0 0时，时，渐近线为渐近线为N-NN-N，在水深趋于临界水深，在水深趋于临

6、界水深h hc c时，与时，与C-CC-C线垂线垂直正交，发生运动状态的突变，即水跃或水跌；直正交，发生运动状态的突变，即水跃或水跌；135 5、临界流特殊，水平趋向、临界流特殊，水平趋向C-C线，水平离开线，水平离开C-C线线6 6、对于均匀流水面曲线最终与、对于均匀流水面曲线最终与N-NN-N线渐进相切，代表线渐进相切，代表h h0 07 7、水深不能无限增加，、水深不能无限增加，dh/dsdh/ds，当水深向上下游加深，当水深向上下游加深时，最终都要趋于水平线时，最终都要趋于水平线8 8、急流状态水面线控制水深在上游，缓流状态水面线控、急流状态水面线控制水深在上游，缓流状态水面线控制水深

7、在下游，是由于微幅干扰波的影响制水深在下游，是由于微幅干扰波的影响9 9、共有、共有1212条水面曲线，其中缓坡、急坡各条水面曲线，其中缓坡、急坡各3 3条，临界坡、条，临界坡、平坡、逆坡各平坡、逆坡各2 2条，常用条，常用M1、M2、M3、S2四条曲线四条曲线141、绘出、绘出N-N线和线和C-C线，线，将流动空间分成将流动空间分成1、2、3三区，每个区域三区，每个区域只相应一种水面曲线。只相应一种水面曲线。2、选择控制断面。、选择控制断面。应选在水深为已知，且位置确定的断面上，然后应选在水深为已知，且位置确定的断面上，然后以控制断面为起点进行分析计算，确定水面曲线的类型，并参照以控制断面为起点进行分析计算，确定水面曲线的类型，并参照其增深、减深的形状和边界情况其增深、减深的形状和边界情况3、如果水面曲线中断、如果水面曲线中断，出现了不连续而产生跌水或水跃时，要作，出现了不连续而产生跌水或水跃时，要作具体分析，一般情况