水力學(xué)第七章(3)

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1、第七章明渠恒定流§7-5棱柱形渠道中漸變流水面曲線的定性分析§7-6明渠漸變流水面曲線的定量計(jì)算§7-5棱柱形渠道中漸變流水面曲線的定性分析水面曲線定性分析的理論基礎(chǔ):明渠恒定漸變流的基本微分方程對于正底坡渠道i>0對于平底坡渠道i=0對于反底坡渠道i<0dh/ds取不同值時(shí)的幾何意義dh/ds>0時(shí)，水深沿程增加，產(chǎn)生雍水曲線;dh/ds<0時(shí)，水深沿程減少，產(chǎn)生降水曲線;dh/ds→0時(shí)，水深趨于正常水深，即水面線與均勻流水面線漸近相切;dh/ds→+∞時(shí)，水深突然增大，即渠中產(chǎn)生水躍;dh/ds→-∞時(shí)，水深突然減小，即渠中產(chǎn)生水跌;d

2、h/ds→i時(shí)，水面線與水平線漸近相切。正底坡棱柱形渠道,水深沿程變化的影響因素對于一定底坡的棱柱形渠道，水深沿程的變化規(guī)律與h0與h之比，臨界水深hcr與h之比有關(guān)。①N-N線：以正常水深h0繪出的均勻流水面線。②K-K線：以臨界水深hk繪出的水面線。N-N線與K-K線以上的區(qū)域?yàn)閍區(qū)；水面曲線的分區(qū)N-N線與K-K線之間的區(qū)域?yàn)閎區(qū)；N-N線與K-K線以下的區(qū)域?yàn)閏區(qū)。不同底坡渠道的分區(qū)正底坡i>0平底坡i=0反底坡i<0緩坡、陡坡和臨界坡能發(fā)生均勻流不能發(fā)生均勻流不能發(fā)生均勻流既有N-N線也有K-K線，除臨界坡外均有三個(gè)分區(qū)沒有N-N線

3、有K-K線，有兩個(gè)分區(qū)不同水面曲線依次加腳標(biāo)1、2、3、0、`以示區(qū)別。定性分析水面曲線根據(jù)已知水深h在具體渠道中所處的區(qū)，確定水面曲線的類型；指出dh/ds的極限情況，即水面曲線兩端的變化趨勢。壅水曲線還是降水曲線，是哪種類型的壅水曲線和哪種類型的降水曲線；緩坡(i

4、變化趨勢c1型壅水曲線緩坡(iicr)上a區(qū)的水面曲線在上游產(chǎn)生水躍在下游水面線與水平線漸近相切陡坡(i>icr)上a區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢b2型降水曲線陡坡(i>icr)上b區(qū)的水面曲線在上游產(chǎn)生水跌在下游與N-N線漸近相切陡坡(i>icr)上b區(qū)的水面曲線兩端的變化趨勢c2型壅水曲線陡坡(i>icr)上c區(qū)的水面曲線在上游，始于某一控制水深。在下游與N-N線漸近相切陡坡(i>icr)上c區(qū)的水面

5、曲線兩端的變化趨勢臨界底坡(i=icr)上的水面曲線N-N線與K-K線重合，即沒有b區(qū)，只有a區(qū)和c區(qū)，也即只有a3型和c3型水面曲線。a3型曲線的變化規(guī)律介于a1和a2之間，c3型曲線的變化規(guī)律介于c1和c2之間，即a3和c3曲線只能是兩條水平線。平底坡(i=0)上的水面曲線不存在正常水深h0，即沒有N-N線，不存在a區(qū)，只存在b區(qū)和c區(qū)，故只能產(chǎn)生b0和c0水面曲線。水深在b區(qū)b0型降水曲線在上游在下游產(chǎn)生水跌平底坡(i=0)上的水面曲線水深在c區(qū)c0型壅水曲線在下游產(chǎn)生水躍在上游，始于某一控制水深。反底坡(i<0)上的水面曲線水深在b區(qū)

6、b`型降水曲線在上游在下游產(chǎn)生水跌反底坡(i<0)上的水面曲線水深在c區(qū)c`型壅水曲線在下游產(chǎn)生水躍在上游，始于某一控制水深。水面曲線的基本變化規(guī)律a、c區(qū)的水面曲線恒為壅水曲線;a區(qū)一定是緩流，c區(qū)一定是急流;b區(qū)的水面曲線恒為降水曲線;只有陡坡（i>icr）上的b區(qū)是急流，其余底坡的b區(qū)是緩流;與N-N相鄰的水面線，都與N-N線漸近;與K-K相鄰的水面線，都趨向與K-K線正交;在i>0的三種底坡上，可發(fā)生均勻流，也可發(fā)生非均勻流;①發(fā)生在緩坡上的均勻流，必為緩流均勻流；②發(fā)生在陡坡上的均勻流，必為急流均勻流；③發(fā)生在臨界坡上的均勻流，必為

7、臨界均勻流。在i≤0的底坡上，不能發(fā)生均勻流，但可發(fā)生緩流，也能發(fā)生急流。由斷面比能解釋水面曲線的變化規(guī)律以橫斷面最低點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)面時(shí)，壓能與動能之和就是斷面比能；均勻流特點(diǎn)：斷面比能沿程不變。均勻流時(shí)，渠底高程的降低值等于沿程水頭損失a區(qū)的水面曲線恒為壅水曲線a區(qū)的水深大于均勻流水深，流速小于均勻流流速，所以流動中的沿程水頭損失小于均勻流時(shí)的沿程水頭損失斷面比能沿程增加a區(qū)的流動是緩流，斷面比能增加對應(yīng)著水深增加，于是形成壅水曲線。c區(qū)的水面曲線恒為壅水曲線c區(qū)的水深小于均勻流水深，流速大于均勻流流速，所以流動中的沿程水頭損失大于均勻流

8、時(shí)的沿程水頭損失斷面比能沿程減小c區(qū)的流動是急流，：斷面比能減小對應(yīng)著水深增加，于是形成壅水曲線。水面曲線的銜接由緩流向急流過渡時(shí)產(chǎn)生水跌由上渠的均勻流水深h01過