水力学系统讲义课件第六章明渠恒定非均匀流

第六章明渠恒定非均匀流

人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。明渠非均匀流的特点是明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。

明渠非均匀流分为明渠非均匀渐变流和明渠非均匀急变流。本章着重研究明渠中恒定非均匀渐变流的基本特性及其水力要素（主要是水深）沿程变化的规律。具体地说，就是要分析水面线的变化及其计算，以便确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等。通常把明渠均匀流的水深称为正常水深h0。16-1明渠水流的三种流态

扰动：在流场的某一点或者某一个区域，由于某种原因，使流动参数发生变化，这种变化叫做扰动。波：扰动区域与未扰动区域的分界面2微弱扰动的一维传播非定常过程36-1明渠水流的三种流态

注意：波速与流体质点速度的区别。46巾-短1明渠吊水流晚的三坝种流警态当v痕=否0时，彩水流垮静止羡，干周扰波系能向瓶四周马以一作定的倚速度适传播绑。在t=荡0、1、2、3、4s，分慕别有归水滴索滴入o点爹，场研追究t=致4s的流孙动图托象静水怨中传来播的叛微波功速度vw(锡c)称为忠相对臣波速胜。5当v＜vw时，魂水流视为缓席流，干扰控波能省向聋上友游辞和皂下滥游调传淡播搞。在t=役0、1、2、3、4s，分危别有惑水滴导滴入o点，研究t匀=锄4节s的旬流魔动斧图拌象6当v＞vw时促，吸水蜂流部为涝急规流升，枪干窗扰狗波鼻不景能奔向角上黄游施传船播袍，绢只见能述向资下窃游爱传稿播荣（乖马粮赫卵椎砖内非）久。在t恋=泽0、1、2、3、4s，亦分绪别锣有觉水贩滴乖滴骄入o点错，摇研恨究t厚=舒4摘s的流丑动图送象马胞赫痛角α：马赫剩锥的牺半顶跑角，尸即圆百锥的定母线讨与来概流速改度方郑向之逆间的渣夹角予。7当v＝vw时，违水流熟为临任界流树，在t店=害0、1、2、3、4s，分臣别有屿水滴赛滴入o点仓，鼻研锄究t=闭4s的衔流穴动朗图则象86-渣1明数渠饿水症流出的配三记种捏流厅态明渠极水流额有和肉大气协接触引的自舰由表昂面，跌与有湖压流乓不同怨，具止有独热特的仰水流允流态夫，即缓韵流简、趴临载界宅流啦和睁急楼流三种。静水赔中传弊播的晓微波买速度vw称脸为辜相腊对垂波温速狂。当v=前0时馅，龄水录流嚷静触止弃，痰干率扰供波古能痒向肢四分周险以俭一寻定旅的磨速指度隙传散播络。当v＜vw时田，汽水聪流危为符缓溜流君，干掘扰顿波能向狮上游码和下族游传麻播。当v＝vw时川，窃水笨流勒为宗临鄙界撑流你，当v＞vw时味，娃水界流渣为拳急件流贱，巷干车扰氧波呼不耀能妖向遗上叶游狂传杯播再，丧只链能酒向右下火游美传肿播叹（就马客赫撕椎替内拌）象。9微辛波渴波负速大的齐计吸算奏：以网一伞竖什直收平气板刷在衔平渴底铁矩劝形驴棱齿柱恳体店明贸渠把中五激习起近一艇个斜干掉扰肃微乒波倡。蜜观屠察滔者厉随刃波甩前恰行困。对赢上柔述惠的华运曾动吊坐揭标晚系伸水自流土作牧恒见定愤非娃均叹匀秀流侨动际。班不勿计薯摩济擦祥力壳对1习-专1和2-竞2断面殃建立讯连续虚性和策能量笑方程里。10联术解颜上遇两薪式险，聚并视令亚得令蚊，则门微波灯波速睛：明雷渠钳断孟面讲为说任见意马形赖状僵时刊，式中斩：为舟断乞面该平卫均巩水状深企，A为聚断洋面歉面映积谎，B为馒水晓面摧宽警度救。1号1实燃际焦工物程布中坚微材波开传幕播谢的妄绝顺对铜速类度对察临桥界篇流队断艳面累平欲均挎流春速鸡恰驻好吴等谅于至微转波伙相罚对箩波勾速对临呜界流赛有惊佛汝贝德数佛汝浓德数备的①植物理煤意义是罩：烘流江速增与葵相树对煌波健速盲之会比12显粮然酬：愈当Fr＜1，只水启流具为缓流；当Fr＝1，水舍流为临乎界冠流；当Fr＞1，贩水绒流涉为急流。佛图汝趟德览数赠的②物理刚意义是喉：过趴水馋断栗面数单狠位圣重遍量炊液骨体冤平霸均栗动嫁能捎与环平跪均践势稿能之易比挂的纯二维倍茅开稍平狐方辫。1字3佛汝织德数椅的③物士理肉意责义，每即佛汝竹德数个的力翠学意急义是：代表着水流关的惯秘性力千和重夕力两聪种作蹄用的冷对比池关系请。1莫46朵-忘2断面挠比能愚与临订界水昨深明届渠柏中久水梦流翅的射流电态哭也撇可俩从盗能波量顿的厦角呈度愤来涂分筐析悬。一师、旅断常面覆比址能滤、弊比沾能磨曲时线如图腥所示菌渐变桥流，若以0-掠0为挥基险准回面洲，则过射水断不面上环单位重量坝液体悲所具哈有的总能趣量为耀：15如卖果口我绣们客把址参超考转基胸准庙面奖选业在站渠嚷底吉这歉一间特宫殊隔位抚置益，尤把介对仪通烛过何渠押底裕的利水康平枪面0稿′卷-诱0耐′所夫计且算街得你到据的狐单咏位柜能域量响称激为断头面喷比研能，法并须以爽来忽表弃示酿，泰则在估实恰用抖上起，笛因导一催般星明色渠坟底益坡忌较姑小年，嫁可股认墓为故常岁采用1剃6当芒流张量Q和貌过岂水淡断却面据的眨形您状饰及枪尺伤寸喇一淋定离时屋，朽断紧面编比爆能斗仅匠仅傻是举水记深孤的喘函资数鼻，缩慧即Es＝f(逝h)，竟以哗图洒表吨示伤则叨称吧为:比能毯曲线。1丸7为什肿么?18因在嘱过水茶断面柏上绵，代锤入惑上枪式仇有若牛取攻，则有至因而院对断善面比能偏曲线泳有19二互、统临甩界洁水帮深相应丽于断周面单悔位能胃量最织小值由的水躬深称极为临皮界水预深，想以hk表示禾。由临汪界流嘴方程当叫流巾量慌和涝过书水极断猾面敬形犁状意及毯尺建寸喊给欠定伍时奶，糠利梨用手上湖式即姿可山求订解参临框界塘水铁深封。注父以示脚阁标轨表纺示澡临薪界逐水洪深拐时叉的捧水渣力拉要坐素201低.矩的形平断抖面尤明谋渠甲临己界李水沾深洒的在计格算上咬式我中堡为累单坏宽鲁流逝量爬。2昏12剪22．断昏面为雅任意逐形状御时，间临界此水深词的计江算2宽3（1）试企算法当给阔定流滋量Q及筋明喉渠抽断睛面绕形柄状摧、光尺素寸香后火，(景6丹.严1脉5丽)式的角左端偶为古一定忠值，朗该式票的右贫端冲乃仅莫仅是喝水深叔的函组数。泻于是嘉可以托假定地若干孙个水肃深h，从怪而可鼓算出茧若干士个与寄之对音应的剑值圈，当较某一敲值刚鹿好与岗相等往时，盯其相杰应的割水深测即为粪所求辞的临浑界水界深hK。2淡4（2）仅图劳解俗法图波解耀法败的辞实熊质感和革试毁算俗法乖相小同旋。溉当营假煤定趣不告同悠的谁水兴深h时，防可得位出若袖干相腐应的截值谦，然照后将买这些抵值点颗绘成h~关逢系药曲迷线鸣图辛（以见两图织）岗，辈在供该寇图管的倚轴遣上觉，脉量清取猪其供值桶为符的樱长卖度困，辛由屡此帽引恐铅器垂博线萝与杂曲裕线富相驶交寇于C点，C点座所龙对诞应轨的h值即疯为所抗求hK。253.等腰激梯形竭断面洒临界矿水深衡计算若机明纵渠夕过涌水密断削面新为可梯哄形榴，奇且台两门侧洽边宰坡膊相续同她，旗在开这歇种哥情学况委下种，哈可冈应晴用臭一同种链简篇便技图被解涉法蝴，薪现疗将欺其鉴原只理锅简策述革如轧下撒：对于咐等腰虽梯形碎断面直有：代入器（6-脆15）式脆可得哭（令α=鞠1）将上顺式两坟端同争除以哪后忌开立清方则孕得2狂6（6-真20）上式护中严，b为梯单形断俩面的篮底宽填。上式丧左端飘实际则上表敌示一已个与恒梯形祖断面习底宽宅相等纸的矩悼形断秩面的拘临界旨水深傅。为笛了与币欲求悄的梯匪形断利面的接临界犯水深征相疫区别仰将其割以颗来旁表示锡，即燃令（6番-编2弓1）27若将闷（6-芦20）粗式致两象端旁同扰乘蓝以毫可欠得（6蜂-等2滩2）上踏式侄移骄项掉后密可浇得（6觉-羊2拼3）2给82景93丸0求惊解症梯伟形脏断垫面笑临穗界津水欠深觉的北方典法枯：1歌.求出中与梯颗形断竭面底倚宽相恰等的炮矩形英断面苦的临私界水王深跑；2然垮后镇根尝据载梯鄙形疼断王面萌已快知m浊,斯b值算妖出图；3再由朋关系子曲线酬上查趣出相央应的看值趋，从漆而可敞算出浪梯形缝断面煤的临值。31当h停>时，Fr兼<1，为上缓流维，h枕=时，F裂r隙=晌1，为制临界傅流，h刻<时，妙Ｆr>帜1，为笼急流耍。根稿据粮所肺给滤流燥量妄及凉断状面极尺这寸暖，以应新用处上粪述年方趴法良求渣出性临乖界排水康深庭以才后昨，剑也烂可郑用职来奶判隔断：3悼2例6也.粒1一造矩幼形俭断月面驰明非渠劳，啦流弓量Q=绞3蝇0哪m3/某s，底宽b=且8弱m。要彻求：(腊1封)用计比算及俱图解锡法求笛渠中股临界立水深蜓；(豪2俱)计算卸渠中谊实际月水深h=仍3萄m时碰，锹水固流桌的慎弗励劳蔽德稻数少、极微可波溉波甲速门，能并凭据茶此荷以岩不卸同滋的扫角姑度铁来惩判哀别袜水腊流杜的双流土态逆。解肢：（1）烘求磨临特界阁水泄深由附梯图Ш右黄下死角hK~q关衫系拣图秒上蒸可尾查挨出前当q=3径.7师5慎m3/停s·m时阅，hK=援1.坛13腔m。33（2）殖当松渠形中锣水圣深h=慨3避m时渠中盆流速弗劳枪德数微震波菜波茂速临界海流速3怨4从耐水漏深架看个，牌因h＞hK，故平渠中筐水流烦为缓矩流。以Fr为标衬准，什因F岂r＜1，水较流为熔缓流钱。以扰微钳波宵波兼速好与徐实牢际蛙水桥流帐流大速己作水比衫较肺，阴因协，伏微隙波娇可忌以凡向志上尝游哗传秤播碑，顶故亿水辆流搂为坦缓怠流条。以寄临程界典流口速疤与谁实衡际绝水皆流左流阅速技作渴比卵较小，泥因刑，圾故枝水垄流师为臂缓融流袖。35例6.浑2一少梯拴形亲断组面渐渠电道乖，雹底觉宽b为5凯m，母边她坡显系案数m为1。要求乱：计桨算通侍过流粮量分爬别为Q1为10耍m3/s，Q2为15勉m3/s，Q3为20辱m3/s时的钻临界湖水深收。解:颂(1赶)绘厦制h~关系皆曲线因傻对夫梯瞒形幼断念面先假杯定若贤干h，毁计身算库相记应嫂的逐值盆，木计钻算寸成胜果瞒见奶表6.削136表6.糠1根身据述表哲中杯数灿值维，繁绘各制h~关系役曲线颈，如仙图6内.迁8所忙示带。（2）腾计车算忍各钩级极流霞量转下蚁的规值惩，并站由泄图像中尘查决读柿临南界症水恋深掏。3沃7当舌时业，由见图查色得当泽时须，由瓦图查精得当珠时旷，毛由痰图剧查侵得38例6萍.洞3已知狱梯形碍断面窄渠道剩，b为45鄙m，m为2这.芬0歌,Q为50根0着m3/s，要农求：禽用图麦解法鬼求临假界水幸深解：因查姨附萌图I套I羽I右下舍角曲适线：有得计算纱；根据搭，摧查同坑一图喂左上奏角曲额线得诵为0.薄97则临求界水替深396-嫌3临璃界饲底颤坡等、枯缓弯坡菊与足陡喉坡到板目晚前想我疏们炉知签道蹈了备三敬种伏水棉深搂：均匀哥流正棉常水追深非均艳匀流塔水深临蚊界歌水遗深若享已瓣知艇明悬渠卖断把面押形枯状乞及遮尺刘寸膛，左当申流伞量付一妇定钩时将，少均回匀申流具情欢况手下梢可航将鞭底芽坡赏与润渠董中宁正瓜常棕水仆深葡的走关树系包（p撑2梁1售3）为卧：明渠透均匀僚流的未正常膨水深h0恰好呈与临铸界水竿深hk相等尚时，姜此坡嘱度定轨义为临界番底坡。当票底鼠坡i增耕大抵时亦，产正巩常外水隔深h0将减判小，衬反之其当i减挤小凉时樱正伐常离水哄深h0将增明大。40在倾临现界财底侦坡械上户作旱均橡匀逝流袜时姿，临满岸足劝临沙界肥流辫的与条遮件古式另一致方面渠又要灯同时跨满足则均匀状流的束基本岛方程瓶式联促立罗可笑得被临晚界后底盈坡丹的樱计衡算坛式构为4估1一个劫坡度拳为i的限明浊渠勇，爽与逆其郑相摇应椒（贩即利同喇流摊量疾、促同名断谈面辛尺扩寸央、烧同林糙致率边）隔的乳临母界陵底维坡点相汁比倾较吵可悉能薄有忽三霸种邻情其况猎：，宅为吵缓给坡，迎为亡陡筹坡，死为悼临洋界累坡4忘2在皆明鹿渠咸均何匀贩流书的繁情免况座下常，若绑则若落则若滔则用变底目坡藏的芹类桑型芽就补可熄以抢判辰别梅水筛流判的如流钞态桂，炮即困在场缓赔坡础上堂水皱流筝为割缓消流验，资在停陡究坡例上挪水材流恋为脑急话流森，哀在微临世界魂坡武上踩水著流麦为害临本界舱流霸。喘这宾种阴判禽别劲只贺能勒适拼用创于肿均五匀误流海的扮情锻况榆，听在桥非烛均捞匀古流践时义就易不引一飘定疗了混。4晒34明445464屿7486泥-稼4临节界想水津深凝的协一歌些镜实教例临界有水深抵对分泡析明隶渠流坝具有勺重要熔的意陵义。(宗1崇)河道吸或渠杠道中猾如知鞭道临救界水脚深并枪量取肉该断紧面的坚尺寸筝，其俩流量痕就能季简便厚地估驶算出菊来；(厕2免)可张将步发全生炎临隐界匙水董深响断抱面畅作务为连控背制遵断代面磁据灭此请来炎推央求览上付下为游映水称面般曲岭线妹。496趋-质4临僻界童水撇深描的皂一仿些辨实榨例一、哄当渠倚道底贫坡自弃陡坡椒变为熄缓坡延时此时倾水流姐会产量生一怕种塞水救面猛突锄然滤跃滩起的贿特树殊威水嘱力旗现梳象哄叫水跃。水跃报自水斥深小役于镰临察界欢水怨深猴跃游入大于浇临界室水深惩，其液间必裳经过厚临界框水深。K-池K线宴与菌底申坡i无用关50二稳、壮当锐渠旺道劫底笔坡躲自掠缓膨坡素变湾为域陡桶坡言时渠栋道国中遗均滩匀盏流铸由视缓颗流脱变甩为艇急贴流脱时芽，妄水航流扣会影产症生迫水丑面移降数落寻现墓象秀，壁叫凭做水介跌。5缝1三乞、味当膏缓尖坡断渠疮道墨末葛端蛛自谊由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