第七章 水跃精选文档.ppt

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1、第七章 水跃1本讲稿第一页，共四十七页水跃属于急变流急变流。第七章第七章 水跃水跃明渠水流由急流过渡到缓流时，发生水跃。2本讲稿第二页，共四十七页水面线在较小范围较小范围内急剧上升急剧上升。水深从小于临界水深变为大于临界水深。急流缓流水跃旋滚区 KK主流区 l水跃现象水跃现象3本讲稿第三页，共四十七页K12跃前断面 1-1跃后断面 2-212跃前水深 跃后水深 跃长 跃高 Kl水跃的要素水跃的要素4本讲稿第四页，共四十七页水跃有波状水跃、完全水跃。波状水跃波状水跃：跃前断面 ，水跃段表面无旋滚，只出现一系列起伏不大的单波。完全水跃完全水跃：跃前断面 ，水跃段表面有旋滚。KK12波状水跃l水跃的

2、形式水跃的形式5本讲稿第五页，共四十七页1.712.594.5波状水跃稳定水跃强水跃完全水跃水跃的形式水跃的形式弱水跃不稳定水跃6本讲稿第六页，共四十七页工程上，利用水跃消除泄水建筑物下游高速水流中的巨大动能，保护下游河床免受冲刷。l水跃在工程中的作用水跃在工程中的作用7本讲稿第七页，共四十七页第一节第一节 棱柱体水平明渠的水跃方程棱柱体水平明渠的水跃方程 一、水跃方程一、水跃方程 沿水平方向，断面1、2 的动量方程：其中，K128本讲稿第八页，共四十七页明渠对水流的摩擦阻力棱柱体水平明渠的水跃方程假设9本讲稿第九页，共四十七页二、二、水跃函数水跃函数对给定的明渠（断面形状、尺寸已知），流量一

3、定时，则定义 与 具有相同的水跃函数值，称为一对共轭水深。跃前（后）水深则水跃方程 简写成10本讲稿第十页，共四十七页三、水跃函数曲线三、水跃函数曲线水跃函数曲线特点：l水跃函数极小点的水深为临界水深；l上半支，为 的增函数；l下半支，为 的减函数。11本讲稿第十一页，共四十七页第二节第二节 棱柱体水平明渠共轭水深计算棱柱体水平明渠共轭水深计算 一、共轭水深计算的一般方法（一、共轭水深计算的一般方法（试算法）试算法）依据共轭水深方程，由一个共轭水深求另一个共轭水深。由于共轭水深方程是一个关于共轭水深的高次方程，不便直接计算，常用的方法为试算法。12本讲稿第十二页，共四十七页例例7.3 某棱柱形

4、梯形平底明渠，Q=6.0m3/s，b=2m，m=1.2，h1=0.355m。求h2 。解：解：试算法求共轭水深试算法求共轭水深经计算，共轭水深 13本讲稿第十三页，共四十七页 例例7.2 棱柱形平底明渠，断面形状、尺寸、跃前水深给定。问：水跃段中底槛的存在对跃后水深有何影响？K1214本讲稿第十四页，共四十七页解：解：K12断面1、2 动量方程：其中，底槛对水流的反击力15本讲稿第十五页，共四十七页则假设即可见，不变，有底槛时，会减小。16本讲稿第十六页，共四十七页二、梯形明渠共轭水深的计算二、梯形明渠共轭水深的计算 其中，由此解出17本讲稿第十七页，共四十七页由此得到迭代公式 18本讲稿第十

5、八页，共四十七页例例7.3 某棱柱形梯形平底明渠，Q=6.0m3/s，b=2m，m=1.2，h1=0.355m。求h2 。解：解：迭代法求共轭水深迭代法求共轭水深19本讲稿第十九页，共四十七页二、矩形明渠共轭水深的计算二、矩形明渠共轭水深的计算 共轭水深方程共轭水深方程对矩形明渠，定义 20本讲稿第二十页，共四十七页同样地定义共轭水深比则21本讲稿第二十一页，共四十七页习题 P2897.1 ，7.2 22本讲稿第二十二页，共四十七页第三节第三节 棱柱体水平明渠水跃能量损失棱柱体水平明渠水跃能量损失 一、水跃能量损失机理一、水跃能量损失机理 32跃后断面1跃前断面总水头线水跃段长度跃后段长度23

6、本讲稿第二十三页，共四十七页水跃段能量损失跃后段能量损失水跃的能量损失24本讲稿第二十四页，共四十七页二、水跃段水头损失的计算二、水跃段水头损失的计算 根据能量方程，水跃段1-2的水头损失：21一般 ，25本讲稿第二十五页，共四十七页根据水跃基本方程对矩形明渠又 由连续性方程得26本讲稿第二十六页，共四十七页又同（7.20）27本讲稿第二十七页，共四十七页三、跃后段水头损失的计算三、跃后段水头损失的计算 根据能量方程，跃后段2-3的水头损失：3228本讲稿第二十八页，共四十七页则因29本讲稿第二十九页，共四十七页四、水跃总水头损失和水跃段水头损失近似计算四、水跃总水头损失和水跃段水头损失近似计

7、算 水跃总水头损失 ：其中30本讲稿第三十页，共四十七页水跃段水头损失占总水头损失的比例 ：31本讲稿第三十一页，共四十七页32本讲稿第三十二页，共四十七页024681020406080100当 时，结论：当 较大时，可用 来近似 。随 增大，增大。33本讲稿第三十三页，共四十七页五、水跃的消能效率五、水跃的消能效率 水跃的消能效率用水跃消能系数 表示。或跃前断面比能对平底矩形明渠，简记为34本讲稿第三十四页，共四十七页23456720406080100891035本讲稿第三十五页，共四十七页从 关系曲线可见，随 增大，消能效率越高。通过实验资料分析，可知：，为波状水跃，消能效果最差；，为弱水

8、跃，；，为不稳定水跃，；，为稳定水跃，；，为强水跃，。36本讲稿第三十六页，共四十七页例例7.6 计算水跃的水头损失。37本讲稿第三十七页，共四十七页第四节第四节 棱柱体水平明渠水跃长度棱柱体水平明渠水跃长度 水跃长度是水工建筑物消能段设计的依据。水跃长度用经验公式计算。一、矩形明渠的水跃长度一、矩形明渠的水跃长度 经验公式1：经验公式2：其中，38本讲稿第三十八页，共四十七页经验公式3：经验公式4：经验公式5：经验公式6：39本讲稿第三十九页，共四十七页二、梯形明渠的水跃长度二、梯形明渠的水跃长度 经验公式：其中，、为跃前断面、跃后断面水面宽。40本讲稿第四十页，共四十七页习题 P289 7

9、.5 41本讲稿第四十一页，共四十七页习题习题 7.2 矩形断面。判断水跃形式；计算跃后水深 。解：解：跃前断面的故为强水跃。42本讲稿第四十二页，共四十七页习题 7.5 矩形渠道。判断有无水跃发生以及水跃位置。43本讲稿第四十三页，共四十七页解：解：Step1 计算上、下游渠道正常水深 、。由明渠均匀流方程 计算正常水深：上游渠道为陡坡，下游渠道为缓坡，从陡坡上的均匀流（急流）过渡到缓坡上的均匀流（缓流），一定发生水跃。44本讲稿第四十四页，共四十七页Step2 计算渠道中临界水深 。其中，由此解得临界水深方程45本讲稿第四十五页，共四十七页Step3 判断水跃位置故发生远离式水跃。计算 相应的跃前水深 ：由此解得 由 得 46本讲稿第四十六页，共四十七页C147本讲稿第四十七页，共四十七页