流体力学7-6水面曲线分析全解课件.ppt

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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 一、概述一、概述 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 1、根据沿程、根据沿程v、h变化程度不同变化程度不同 非均匀渐变流非均匀渐变流 非均匀急变流非均匀急变流 2、定性分析、定性分析 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，

2、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线。5四、流动边界（底坡）四、流动边界（底坡）1、顺坡、顺坡i0 缓坡缓坡 0iic S1、S2、S32、平坡、平坡i=0 H2、H3 3、逆坡逆坡i0 A2、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6五、水面曲线的分析五、水面曲线的分析1 1、缓坡渠道、缓坡渠道、缓坡渠道、缓坡渠道 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

3、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7hciich0C-CN-N水平线水平线S1S2S3iic h0 hc h0hc h h0hc h0 h缓流

4、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93、临界坡渠道、临界坡渠道 i=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)C3C1104、平坡渠道、平坡渠道 i=0 5、逆坡渠道、逆坡渠道 i

5、0 hcH3H2C-Ci=0hcA3A2C-Ci011六、水面曲线分析的总结六、水面曲线分析的总结 棱棱柱柱形形渠渠道道可可能能出出现现的的12种种渐渐变变流流水水面面曲曲线线,汇汇总简图及工程实例见总简图及工程实例见P180表表7-7：1、由由一一定定流流量量下下的的正正常常水水深深线线N-N与与临临界界水水深深线线C-C，将将明明渠渠流流动动空空间间分分区区。此此时时N-N、C-C不不是是渠渠道道中中的的实实际际水面线，而是流动空间分区的界线水面线，而是流动空间分区的界线2、微微分分方方程程式式在在每每一一区区域域内内的的解解是是唯唯一一的的，因因此此每每一一区区域内的水面线形状可唯一确定

6、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型型外外，所所有有水水面面线线在在水水深深趋趋于于正正常常水水深深h h0 0时时，渐渐近近线线为为N-NN-N，在在水水深深趋趋于于临临界界水水深深h hc c时时，与与C-CC-C线线垂垂直正交，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；125 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、 7、水深不能无限增加，水深不能无限增加，dh/dh/dsds，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13七、水面曲线的定性绘制步骤七、水面曲线的定性绘制步骤1、绘出、绘出N-N线和线和C

8、-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，一般情况下，水流至跌坎处便形成跌水现象，水流从急具体分析，一般情况下，水流至跌坎处便形成跌水现象，水流从急流到缓流，便发生水跃现象。流到缓流，便发生水跃现象。i1 ic CCN1-N1N2-N2M2S2BBEnd14第七章作业 16、81215