第七章水跃ppt课件.ppt

1,水力学,2,水跃属于急变流。,第七章 水跃,明渠水流由急流过渡到缓流时，发生水跃。,3,水面线在较小范围内急剧上升。水深从小于临界水深变为大于临界水深。,旋滚区,主流区,水跃现象,4,K,1,2,跃前断面 1-1,跃后断面 2-2,1,2,跃前水深,跃后水深,跃长,跃高,K,水跃的要素,5,水跃有波状水跃、完全水跃。,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：跃前断面 ，水跃段表面有旋滚。,水跃的形式,6,1.7,1,2.5,9,4.5,波状水跃,稳定水跃,强水跃,完全水跃,水跃的形式,弱水跃,不稳定水跃,7,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。,水跃在工程中的作用,8,第一节 棱柱体水平明渠的水跃方程,一、水跃方程,沿水平方向，断面1、2 的动量方程：,其中，,9,明渠对水流的摩擦阻力,棱柱体水平明渠的水跃方程,假设,10,二、 水跃函数,对给定的明渠（断面形状、尺寸已知），流量一定时， ，,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,11,三、水跃函数曲线,水跃函数曲线特点：,水跃函数极小点的水深为临界水深；,上半支， 为 的增函数；,下半支， 为 的减函数。,12,第二节 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（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。,13,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：,试算法求共轭水深,经计算，共轭水深,14,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？,K,1,2,15,解：,K,1,2,断面1、2 动量方程：,其中，,底槛对水流的反击力,16,则,假设,即,可见， 不变，有底槛时， 会减小。,17,二、梯形明渠共轭水深的计算,其中，,由此解出,18,由此得到迭代公式,19,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：,迭代法求共轭水深,20,二、矩形明渠共轭水深的计算,共轭水深方程,对矩形明渠，,定义,21,同样地,定义共轭水深比,则,22,习题 P289,7.1 ， 7.2,23,第三节 棱柱体水平明渠水跃能量损失,一、水跃能量损失机理,24,水跃段能量损失,跃后段能量损失,水跃的能量损失,25,二、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：,2,1,一般 ，,26,根据水跃基本方程,对矩形明渠,又,由连续性方程得,27,又,同（7.20）,28,三、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：,29,30,四、水跃总水头损失和水跃段水头损失近似计算,水跃总水头损失 ：,其中,31,水跃段水头损失占总水头损失的比例 ：,32,33,当 时，,结论：当 较大时，可用 来近似 。,随 增大， 增大。,34,五、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,35,36,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；,，为弱水跃， ；,，为不稳定水跃， ；,，为稳定水跃， ；,，为强水跃， 。,37,例7.6 计算水跃的水头损失。,38,第四节 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,经验公式1：,经验公式2：,其中，,39,经验公式3：,经验公式4：,经验公式5：,经验公式6：,40,二、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。,41,习题 P289,7.5,42,习题 7.2 矩形断面。判断水跃形式；计算跃后水深 。,解：,跃前断面的,故为强水跃。,43,习题 7.5 矩形渠道。判断有无水跃发生以及水跃位置。,44,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。,45,Step2 计算渠道中临界水深 。,其中，,由此解得,临界水深方程,46,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,47,