流體力學(xué)7-6水面曲線分析

1、1第六節(jié) 棱柱形渠道恒定非均勻漸變流棱柱形渠道恒定非均勻漸變流 水面曲線的分析水面曲線的分析 明渠非均勻流水深沿程變化，自由水面線是和渠底不明渠非均勻流水深沿程變化，自由水面線是和渠底不平行的曲線，稱為水面曲線平行的曲線，稱為水面曲線 )(sfh 非均勻漸變流非均勻漸變流 非均勻急變流非均勻急變流 壅水曲線：壅水曲線：h沿程增加，沿程增加，dh/ds0 降水曲線：降水曲線：h沿程減少，沿程減少，dh/dsi0N-Nc-chch01區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū) 不同區(qū)域的水面曲線形狀不同，只要知道底不同區(qū)域的水面曲線形狀不同，只要知道底坡形狀，判斷所處區(qū)域就可畫出水面曲線。坡形狀，判斷所處區(qū)域就可畫出水面曲

2、線。6 緩坡緩坡 0iic S1、S2、S3H2、H3A2、A3共共12條條 通過通過dh/ds、 h、h0、hc及及i的不同組合，便可形成明的不同組合，便可形成明渠非均勻流水面曲線的各種變化渠非均勻流水面曲線的各種變化0,0,0,dhdhdhdhdhdsdsdsdsdsi7 0ihc 分區(qū)分區(qū) 曲線曲線 水深水深h 流態(tài)流態(tài) i-J 1-Fr dh/ds 曲線形狀曲線形狀曲線曲線 上游漸近線上游漸近線 下游漸近線下游漸近線 工程實例工程實例123M1M2M3h h0hch0 h hch0hc h緩流緩流緩流緩流急流急流+ + +下凹的壅水曲線下凹的壅水曲線 - + - 上凸的降水曲線上凸的降

3、水曲線- - + 下凹的壅水曲線下凹的壅水曲線M1M2M3水平線水平線hdh/dsi 靜止靜止N-N線線hh0dh/ds0 均勻流均勻流修擋水建筑物修擋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條件限制受出流條件限制水躍水躍hhcdh/ds正交正交擋水建筑物下泄擋水建筑物下泄8hciich0C-CN-N水平線水平線S1S2S3iic h0 hc h0hc h h0hc h0 h緩流緩流急流急流急流急流+ + +上凸的壅水曲線上凸的壅水曲線 + - - 下凹的降水曲線下凹的降水曲線- - + 上凸的壅水曲線上凸的壅水曲線S1S2S3水平線水平線hdh/dsi 靜止靜

4、止N-N線線hh0dh/ds0 均勻流均勻流修擋水建筑物修擋水建筑物同上同上水跌水跌hhcdh/ds-正交正交由緩坡入急坡由緩坡入急坡受出流條件限制受出流條件限制水躍水躍hhcdh/ds正交正交擋水建筑物下泄擋水建筑物下泄10i=ic h0=hc只存在只存在C1型壅水曲線和型壅水曲線和C3型壅水曲線型壅水曲線i=ich0 =hcC-C(N-N)C3C111i=0 i0 hcH3H2C-Ci=0hcA3A2C-Ci012 棱柱形渠道可能出現(xiàn)的棱柱形渠道可能出現(xiàn)的12種漸變流水面曲線種漸變流水面曲線,匯總匯總簡圖及工程實例見簡圖及工程實例見P180表表7-7：1、由一定流量下的正常水深線、由一定流

5、量下的正常水深線N-N與臨界水深線與臨界水深線C-C，將，將明渠流動空間分區(qū)。此時明渠流動空間分區(qū)。此時N-N、C-C不是渠道中的實不是渠道中的實際水面線，而是流動空間分區(qū)的界線際水面線，而是流動空間分區(qū)的界線2、微分方程式在每一區(qū)域內(nèi)的解是唯一的，因此每一區(qū)、微分方程式在每一區(qū)域內(nèi)的解是唯一的，因此每一區(qū)域內(nèi)的水面線形狀可唯一確定域內(nèi)的水面線形狀可唯一確定3、壅水曲線在、壅水曲線在l、3區(qū)，降水曲線在區(qū)，降水曲線在2區(qū)區(qū)4 4、除、除C1、C3型外，所有水面線在水深趨于正常水深型外，所有水面線在水深趨于正常水深h h0 0時，時，漸近線為漸近線為N-NN-N，在水深趨于臨界水深，在水深趨于臨

6、界水深h hc c時，與時，與C-CC-C線垂線垂直正交，發(fā)生運動狀態(tài)的突變，即水躍或水跌；直正交，發(fā)生運動狀態(tài)的突變，即水躍或水跌；135 5、臨界流特殊，水平趨向、臨界流特殊，水平趨向C-C線，水平離開線，水平離開C-C線線6 6、對于均勻流水面曲線最終與、對于均勻流水面曲線最終與N-NN-N線漸進相切，代表線漸進相切，代表h h0 07 7、水深不能無限增加，、水深不能無限增加，dh/dsdh/ds，當(dāng)水深向上下游加深，當(dāng)水深向上下游加深時，最終都要趨于水平線時，最終都要趨于水平線8 8、急流狀態(tài)水面線控制水深在上游，緩流狀態(tài)水面線控、急流狀態(tài)水面線控制水深在上游，緩流狀態(tài)水面線控制水深

7、在下游，是由于微幅干擾波的影響制水深在下游，是由于微幅干擾波的影響9 9、共有、共有1212條水面曲線，其中緩坡、急坡各條水面曲線，其中緩坡、急坡各3 3條，臨界坡、條，臨界坡、平坡、逆坡各平坡、逆坡各2 2條，常用條，常用M1、M2、M3、S2四條曲線四條曲線141、繪出、繪出N-N線和線和C-C線，線，將流動空間分成將流動空間分成1、2、3三區(qū)，每個區(qū)域三區(qū)，每個區(qū)域只相應(yīng)一種水面曲線。只相應(yīng)一種水面曲線。2、選擇控制斷面。、選擇控制斷面。應(yīng)選在水深為已知，且位置確定的斷面上，然后應(yīng)選在水深為已知，且位置確定的斷面上，然后以控制斷面為起點進行分析計算，確定水面曲線的類型，并參照以控制斷面為起點進行分析計算，確定水面曲線的類型，并參照其增深、減深的形狀和邊界情況其增深、減深的形狀和邊界情況3、如果水面曲線中斷、如果水面曲線中斷，出現(xiàn)了不連續(xù)而產(chǎn)生跌水或水躍時，要作，出現(xiàn)了不連續(xù)而產(chǎn)生跌水或水躍時，要作具體分析，一般情況