水力学课件-明渠非恒定流.ppt

前进 由于自然条件的变化（如洪水涨落），或者由于河渠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。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。时间和流程的变化规律。主要介绍内容：主要介绍内容：明渠非明渠非恒定流的特性恒定流的特性明渠非明渠非恒定流波的分类恒定流波的分类明渠非明渠非恒定连续性方程式恒定连续性方程式明渠非明渠非恒定渐变流的能量方程式恒定渐变流的能量方程式明渠非明渠非恒定流的特性恒定流的特性特性之一：明特性之一：明渠非渠非恒定流必定是非均匀流。恒定流必定是非均匀流。或t（时）Q（m3/s）上、下游断面的流量过程线上、下游断面的流量过程线t1t2t（时）z（m）上、下游断面的水位过程线上、下游断面的水位过程线t1t2特性之二：明特性之二：明渠非渠非恒定流也是一种波动现象。恒定流也是一种波动现象。VwVwVVw波锋波锋波体波体特性之三：波特性之三：波所及之所及之区域内，各过水断面水位流区域内，各过水断面水位流量关系成绳套形曲线关系量关系成绳套形曲线关系zQ恒定流时水位流量关系zQ非恒定流时水位流量关系涨水落水QmaxzmaxQminzmin恒定流时，水面坡度是恒定流时，水面坡度是恒定的，所以水位与流恒定的，所以水位与流量呈单值关系。量呈单值关系。非非恒定流时，涨水时水面坡度恒定流时，涨水时水面坡度比同一水位下恒定流的坡度大，比同一水位下恒定流的坡度大，因而流量亦大；在落水时，水因而流量亦大；在落水时，水面坡度比同一水位下恒定流的面坡度比同一水位下恒定流的坡度小，因而流量亦小。坡度小，因而流量亦小。明渠非恒定流波的分类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VwVw明渠非恒定连续性方程式明渠非恒定连续性方程式ds上上下下t1aaQbbt2A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。若 ，则必然有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。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，所以有明渠非明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）单单位位重重量量液液体体的的势势能能沿沿流流程程的的变变化化率率（作作用用于于单单位位重重量量液液体体上上）惯惯性性力力沿沿流流程程所所作作的的功功（作作用用于于单单位位重重量量液液体体上上）惯惯性性力力沿沿流流程程所所作作的的功功单单位位重重量量液液体体沿沿单单位位流流程程克克服服磨磨擦擦阻阻力力所所作作的的功功或或圣维南（Saint-Venant）方程组明渠非恒定流的连续性方程式明渠非恒定渐变流的能量方程式