水力學知識點講解

1、第一章一液體的主要物理性質(zhì)1 .慣性與重力特性：掌握水的密度P和容重丫；2 .粘滯性：液體的粘滯性是液體在流動中產(chǎn)生能量損失的根本原因.描述液體內(nèi)部的粘滯力規(guī)律的是牛頓內(nèi)摩擦定律：注意牛頓內(nèi)摩擦定律適用范圍：1牛頓流體,2層流運動3 .可壓縮性：在研究水擊時需要考慮.4 .外表張力特性：進行模型試驗時需要考慮.下面我們介紹水力學的兩個根本假設(shè)：二連續(xù)介質(zhì)和理想液體假設(shè)1 .連續(xù)介質(zhì)：液體是由液體質(zhì)點組成的連續(xù)體,可以用連續(xù)函數(shù)描述液體運動的物理量.2 .理想液體：忽略粘滯性的液體.三作用在液體上的兩類作用力第二章水靜力學水靜力學包括靜水壓強和靜水總壓力兩局部內(nèi)容.通過靜水壓強和靜水總壓力的計算

2、,我們可以求作用在建筑物上的靜水荷載.一靜水壓強：主要掌握靜水壓強特性,等壓面,水頭的概念,以及靜水壓強的計算和不同表示方法.1.靜水壓強的兩個特性：1靜水壓強的方向垂直且指向受壓面2靜水壓強的大小僅與該點坐標有關(guān),與受壓面方向無關(guān),2.等壓面與連通器原理：在只受重力作用,連通的同種液體內(nèi),等壓面是水平面.它是靜水壓強計算和測量的依據(jù)3"茉浦強在p=p0+Yh或z+"p=C其中：Z一位置水頭,p/丫一壓強水頭z+p/丫測壓管水頭請注意,“水頭表示單位重量液體含有的能量.4.壓強的三種表示方法：絕對壓強p',相對壓強p,真空度pv,T它們之間的關(guān)系為：p=p'

3、-papv=p當p<0時pv存在T相對壓強:p=丫h,可以是正值,也可以是負值.要求掌握絕對壓強、相對壓強和真空度三者的概念和它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系.1pa工程大氣壓=98000N/m2=98KN/R下面我們討論靜水總壓力的計算.計算靜水總壓力包括求力的大小、方向和作用點,受壓面可以分為平面和曲面兩類.根據(jù)平面的形狀：對規(guī)那么的矩形平面可采用圖解法,任意形狀的平面都可以用解析法進行計算.一靜水總壓力的計算1平面壁靜水總壓力1圖解法：大小：P=Qb,-靜水壓強分布圖面積方向：垂直并指向受壓平面作用線：過壓強分布圖的形心,作用點位于對稱軸上.靜水壓強分布圖是根據(jù)靜水壓強與水深成正比關(guān)系繪制的,只

4、要用比例線段分別畫出平面上倆點的靜水壓強,把它們端點聯(lián)系起來,就是靜水壓強分布圖.2解析法：大?。篜=pA,pc一形心處壓強方向：垂直并指向受壓平面作用點D:通常作用點位于對稱軸上,在平面的幾何中央之下.求作用在曲面上的靜水總壓力P,是分別求它們的水平分力R和鉛垂分力Pz,然后再合成總壓力P.3曲面壁靜水總壓力1水平分力：R=pA=丫hcA水平分力就是曲面在鉛垂面上投影平面的靜水總壓力,它等于該投影平面形心點的壓強乘以投影面面積.要求能夠繪制水平分力R的壓強分布圖,即曲面在鉛垂面上投影平面的靜水壓強分布圖.2鉛垂分力：Pz=TV,V-壓力體體積.在求鉛垂分力PZ時,要繪制壓力體剖面圖.壓力體是

5、由自由液面或其延長面,受壓曲面以及過曲面邊緣的鉛垂平面這三局部圍成的體積.當壓力體與受壓面在曲面的同側(cè),那么鉛垂分力的方向向下；當壓力體與受壓面在曲面的兩側(cè),那么鉛垂分力的方向向上.3合力方向：a=arctg_PzPx下面我們舉例來說明作用在曲面上的壓力體和靜水總壓力.例5圖示容器左側(cè)由寬度為b的直立平面AB和半徑為R的1/4圓弧曲面BC組成.容器內(nèi)裝滿水,試繪出AB的壓強分布圖和BC曲面上的壓力體剖面圖及水平分力的壓強分布圖,并判別鉛垂作用力的方向,鉛垂作用力大小如何計算解：1對AB平面,壓強分布如下圖.總壓力P=1/22,丫Hb2對曲面BC水平分力的壓強分布如下圖,水平分力PX=1/2丫H

6、+丫H+RRb壓力體是由受壓曲面、過受壓曲面周界作的鉛垂面、向上或向下與自由外表或它的延長面相交圍成的體積.三選：選擇統(tǒng)一基準面便于計算選典型點計算測壓管水頭：選計算斷面使未知量盡可能少因此,以1/4圓弧面BC為底閃動曲面,以曲面兩端點向上作鉛垂線,與水面線相交,圍成壓力體.由于與水接觸的受壓面與壓力體在曲面BC的同一側(cè),因此鉛垂壓強計算采用統(tǒng)一標準3能量方程的應用：它經(jīng)常與連續(xù)方程聯(lián)解求：斷面平均流速,管作用力的方向是向下的.鉛垂方向作用力的大小:Fz=丫V=yH+RR1/4tR2b道壓強,作用水頭等.文丘里流量計是利用能量方程確定管道流量的3動量修正系數(shù),一般取3=1.0第三章液體運動根本

7、概念和根本方程這一章主要掌握液體運動的根本概念和根本方程,并且應用這些根本方程解決實際工程問題.下面我們首先介紹有關(guān)液體運動的根本概念：一液體運動的根本概念1 .流線的特點：反映液體運動趨勢的圖線.流線的性質(zhì)：流線不能相交；流線不能轉(zhuǎn)折.2 .流動的分類一非恒定流均勻流液流焉M上恒定流非均勻流漸變流儀器.畢托管那么是利用能量方程確定明渠水槽流速的儀器.當我們需要求解水流與固體邊界之間的作用力時,必須要用到動量方程.3.恒定總流動量方程£F=PQ隼2G2-胴rZ2R=pQ(32v2x-31v僅)投影形式Y(jié)ZjFy=pQ(32V2y-31V1y)LEFz=pQ(32V2z-31V1z)式

8、中：匯Fx、匯Fy、匯Fz是作用在限制體上所有外力沿各坐標軸分量的合力,V1i,V2i是進口和出口斷面上平均急變流在均勻流和漸變流過水斷面上,壓強分布滿足:另外斷面平均流速和流量的概念要搞清.二液體運動根本方程1.恒定總流連續(xù)方程痛速在各坐標軸上投影的分量.動量方程的應用條件與能能相似,恒定流和計算斷面應位于漸變流段.應用動viA=v2A,Q=vAv2AlV1A量方程特別要注意下面幾個問題：2動量方程應用考前須知：a動量方程是矢量方程,要建立坐標系.所建坐利用連續(xù)方程,流量可以求斷面平均流速,或者通過兩斷面間的幾何關(guān)系求斷面平均流速.2.恒定總流能量方程Zi22注VDo-9V9.11=Z2P2

9、.2212g2g標系應使投影分量越多等于0計算過程.b流速和力矢量的投影帶正負號.標方向一致為正,反之為負c流出動量減去流入動量.d正確分析作用在水體上的力,一般有重力、壓力和邊界作用力為好,這樣可以簡化當投影分量與坐作用在水體上的力J=水頭損失.一水力坡度,表示單位長度流程上的通常有重力、壓力和邊界作用力e未知力的方向可以任意假設(shè).計算結(jié)果為正表示能量方程是應用最廣泛的方程,能量方程中的最后項hw是單位重量液體從1斷面流到2斷面的平均水頭損失,在第四章專門討論它的變化規(guī)律和計算方法,假設(shè)正確,否那么假設(shè)方向與實際相反通常動量方程需要與能量方程和連續(xù)方程聯(lián)合求解.卜面我們舉例說明液體動量方程的

10、應用:1能量方程應用條件:恒定流,只有重力作用,不可壓縮例3水平床面河道上設(shè)一弧形閘門,閘前漸變流斷面的水深為H,閘下收縮斷面2的水深hc,閘門段水頭損失1斷面流速水頭的1.2倍,求水流對弧形閘門的作用F?解：根據(jù)題意,求水流對邊界的作用力,顯然要應用漸變流斷面,無流量和能量的出入2能量方程應用考前須知：動量方程求解,由于流速流量未知,首先要利用連續(xù)方程在討論恒定總流能量方程時我們曾經(jīng)介紹過,水頭和能量方程把動量方程中的所需的流速v、流量Q計算出損失hw是非常復雜的一項內(nèi)容,我們將就討論水頭損失以來.)及與水頭損失有關(guān)的液體的流態(tài).解：(1)連續(xù)方程水頭損失的計算方法方程)H一v2=v1()=

11、5v1hc1.總水頭損失:hw=Ehf+Ehj(2)能量方程求P2(建立11,22斷面的能量Pi1V2-iVi2P212V22g2g(1)沿程水頭損失：達西公式hl2hf=14R2g2圓管取河床水平面為基準面,水頭損失hw=1.2v21/2g.取a1=a2=1.0代表點選在水面,P1=P2=0,lhf二d2g入一沿程水頭損失系數(shù)A水力半徑R=-(2)局部水頭損失圓管R=2H0vL2g25Vl2=hc012g2v11.2-2gI一局部水頭損失系數(shù)V1=.25.22g(H-兒)從沿程水頭損失的達西公式可以知道,頭損失,關(guān)鍵在于確定沿程水頭損失系數(shù)要計算沿程水入.而入值確實Q=viA=MXBXH(3

12、)用動量方程求水流對弧形閘門的作用力(取包括閘門段水體進行示力分析,建立圖示坐標,體僅在X方向有當動量變化,故設(shè)閘門對水體的反作用因水力為水平力R,方向如下圖,作用在水體上的重力沿方向為零)x方向的動量方程:1-P2-Rx=pQ(v2-v1)定與水流的流態(tài)和邊界的粗糙程度密切相關(guān).下面我們就首先討論液體的流態(tài).(二)液體的兩種流態(tài)和判別(1)液體的兩種流態(tài)：雷諾實驗層流一液體質(zhì)點互相不混摻的層狀流動.卜產(chǎn)V1.0紊流一存在渦體質(zhì)點互相混摻的流動.1.75-2hf8V當流速比擬小的時候,各流層的液體質(zhì)點互相不混摻,定義為層流.Rx=P1-P2-pQ(v2-v1)對于所取的兩漸變流斷面：R=1/2

13、丫H2B;P2=1/2丫hc2B水流對弧形閘門的作用力F與R大小相等,方向相反,作用在水體上)下面我們簡單介紹液體運動三元流分析的根底.*-(三)三兀流分析的根底(不做測試要求)液體微團運動的根本形式：平移、線變形、角變形、旋轉(zhuǎn)2.有旋流動與無旋流動的區(qū)別.當3x=3y=3z=0,為無旋流動或稱有勢流動.u.1=工(-=y_一x)存在勢函數(shù)z2'入：y,:X-一-X二y3.平面勢流的特點滿足無旋條件:滿足連續(xù)方程:當流速比擬大的時候,各流層內(nèi)存在渦體,并且流層間的質(zhì)點互相混摻,定義為紊流.那么液體的流態(tài)怎樣進行判別呢(2) .流態(tài)的判別：雷諾數(shù)Re,“明槽：Re=上Rek=500v圓R

14、e=立vv管：,Rek=2000流態(tài)的判別的概化條件：RevR©層流；Re>R8紊流判別水流流態(tài)的雷諾數(shù)是重要的無量綱數(shù),它的物理意義表示慣性力與粘滯力的比值.3.圓管層流流動(1)斷面流速分布特點：拋物型分布,不均勻：u=max(2)沿程阻力系數(shù)：、64九一Re層流流動的沿程水頭損失系數(shù)入只是雷諾數(shù)的第四章流態(tài)與水頭損失函數(shù),而且與雷諾數(shù)成反比.那么紊流中入是怎么計算的呢首先要了解一下紊流的特性.4.紊流運動特性z一上下游水位差.1.管嘴恒定出流的脈動(1)紊流的特征一液層間質(zhì)點混摻,運動要素流量公式：Q-.1A,2gH口.一管嘴流量系數(shù)紊流內(nèi)部存在附加切應力:=0.82工作

15、條件：l=34d紊流邊界有三種狀態(tài):紊流中：當Re較小v0.3水力光滑管嘴與孔口相比,收縮斷面CC處存在負壓,所以同樣條件下,管嘴的流量系數(shù)大,說明其過流水平大.二簡單管道水力計算渡區(qū)當Re較大殳6-0當R介于兩者之間水力粗糙；0.3<A<6過、01短管和長管2管流的計算任務：求過流水平Qb確定作用水頭H4紊流流速分布布更加均勻紊流流速分布比層流流速分c)對數(shù)流速分布Ux指數(shù)流速分數(shù)Uxumu.=Iny»c"yn5當Rev10.n=1/7通過尼古拉茲實驗研究發(fā)現(xiàn)紊流三個流區(qū)內(nèi)的沿程水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律.5.入的變化規(guī)律尼古拉茲實驗人工粗糙管一_A層流區(qū)：入=f

16、iRe=Re淹沒測壓管水頭線和總水頭線的繪制.短管水力計算自由出流流量公式：Q-,i.cA.2gH04長管水力計算：特點:2vhj2gj忽略不計光滑區(qū):紊流區(qū)：<過渡區(qū):入=f2(Re)A入=f3(Re,-)根本公式:H二hfI粗糙區(qū):入=f4()0d2gQ2i2K2紊流粗糙區(qū)也稱為紊流阻力平方區(qū),沿程水風擦系A(chǔ)cJR一流量模數(shù)數(shù)入與雷諾數(shù)無關(guān),所以沿程水頭損失與流速成正比.雷諾實驗結(jié)果一致.5水頭線繪制考前須知：1局部水頭損失集中在一個斷面2管中流速不變,總水頭線平行于測壓管水頭線在實際水利工程中常用舍齊公式和曼寧公式計算流速或沿程水頭損失,需要掌握.6.舍齊公式與曼寧公式舍齊公式:曼

17、寧公式:二C.RJ=1r1/6適用：紊流阻力平方n基準面通常水頭損失計算常用:8gC2第五章有壓管流(3)(4)總水頭線總是下降,而測壓管水頭線可升可降當測壓管水頭線在管軸線位置水頭線一有壓管道恒定流1.小孔口恒定出流：自由出流Q=A.2gH淹沒出流Q='A.2gz科一流量系數(shù),科=0.600.62以下,表示該處存在負壓(5)注意出口的流速水頭自由出流或局部損失淹沒出流下面我們舉例說明簡單管道的水力計算方法.例1:倒虹吸管,Q=0.5m3/s,管徑閘門的關(guān)閉時間和縮短壓力管道的長度,使管道內(nèi)產(chǎn)生間接水擊是降低水擊壓強的有效舉措.第六章明槽水流運動明渠水流主要討論四局部內(nèi)容：1.明渠均勻

18、流水力計算；2.明渠水流流態(tài)的判別；3.水躍及水躍共軻水深計算；4.明渠非均勻流水面曲線分析和計算.(一)明槽均勻流d=0.53m,n=0.014,l=70m上下游的流速水頭忽略不計,I進口=0.4,I彎=0.2,I出口=1.0.求：上下游水位差z.1.均勻流特征：面形狀尺寸不變)(1)水深,底坡沿程不變(過水斷解：Q=：cA2gZ-c=cJr：6=(316n0.0144(三)管道非恒定流一水擊水擊現(xiàn)象:l線、水面線、口十九一2.均勻流形成條件:d坡渠道,糙率沿程不變.二見a0Ofe流公式:C21水擊定義：當閥門忽然啟閉,流速急劇改變引起水流壓強大幅度升降,向上游或下游傳播,并在邊界上反射的現(xiàn)

19、象.(水擊壓強以壓力波的形式向上游或下游傳播)2水擊的波速和相長水擊波速相長間,L是管長)1435a=(m/s)KD,j1.E、：相長是水擊波傳播一個往返的時周期3水擊分類：4L2T二a(1)直接水擊Ts<T(從邊界反射減壓波尚未回到閥門處,閥門已關(guān)閉,水擊壓強到達最大值)(2)間接水擊Ts>T4直接水擊壓強計算:(與上反之)p=%(V0-V)=-(V0-V)g因此在水利工程中的水輪機、泵站的壓力管道設(shè)計中,必須十分重視水擊的影響,預防發(fā)生水擊破壞.延長(2)斷面平均流速沿程不變(3)三線平行J=Jz=i(總水頭渠底)恒定流,長直棱柱體渠道,正Q=ACCR1/6n、,Ri丁K、ik

20、=ac/R一流量模數(shù)4.明槽均勻流水力計算類型：(1)求流量Q(2)求道率(3)求渠道底坡:2L(4)設(shè)計渠道斷面尺寸T求正常水深h.、底寬ba對于以上問題都可以直接根據(jù)明渠均勻流公式進行計算.(二)明槽水流的流態(tài)和判別類;流)1 .明槽水流三種流態(tài)：緩流急流臨界流在這里我們要注意把明槽水流的三種流態(tài)與前面討論過的層流、紊流區(qū)分開來.緩流、急流、臨界流是對有自由外表的明槽水流的分層流、紊流的分類是對所有水流(包括管流和明槽水都適用；2 .明槽水流流態(tài)的判別：判別指標緩流急流臨界流3.佛汝德數(shù)Fr：VwV<VwV>VwV=VwFrFr<1Fr>1Fr=1LV慣性力Fr-=

21、.gh重力佛汝德數(shù)Fr是水力學中重要的無量綱數(shù),它表示慣性力與重力的比照關(guān)系,與雷諾數(shù)一樣也是模型實驗中的重要的相似準數(shù),雷諾數(shù)表示慣性力與粘滯力的比照關(guān)系.h0=1.5m時,求渠內(nèi)流量Q和流態(tài)解這是求渠道過流水平的問題首先計算明渠斷面幾何參數(shù)._一一2面積A=bh=3m濕周：X=b+2h=5m3斷面比能Es：Es=h22Q二h-o2g2gA2水力半徑：R=A/X=0.6m(代入明渠均勻流公式)：；'123123Q二AC.Ri=ARi2.28m/snf>0緩流正.2s=1_FrJ<0急流dh=0臨界流Q=2.28m3/s(即該渠道能通過流量)v=Q/A=0.76m/s,Fr

22、=v/=0.198<1.0,故為緩流斷面比能Es是以過明渠斷面最低點的水平面為基準的單位重量水體具有的總機械能o需要注意,.不同斷面的斷面比能,它的基準面是不同的,所以斷面比能沿流程可以減少,流各斷面的斷面比能就是常數(shù).也可以增加或不變,均勻4臨界流方程:03Bhk=vq2/g=0.467m<h=1.5m,故為緩流例4:平板閘門局部開啟,Q=20.4m3/s,出閘水深h1=0.62m,b=5nl下游水深ht=2.0m,是否發(fā)生水躍假設(shè)在處發(fā)生水躍,求躍后水深h2和水躍形式.解首先判斷出閘水流的流態(tài)單寬流量Q3q=4.08m3/smb臨界水深hk：矩形斷面般斷面h1<hk,是急

23、流注意：臨界水深是流量給定時,相應于斷面比能最小值時的水深.5臨界底坡ik:均勻臨界流時的底坡.i=ih1=0.62mh2>ht,所以為遠驅(qū)式水躍.須要強調(diào),緩坡上如果出現(xiàn)非均勻流,那么緩流、急流都可以發(fā)生.對于陡坡也同樣如此.下面舉例說明流態(tài)的判別：三水躍和跌水1 .跌水：由緩流向急流過渡.水深從大于臨界水深hk變?yōu)樾∮谂R界水深,常發(fā)生在跌坎和緩坡向陡坡過渡的地方.2 .水躍：由急流向緩流過渡產(chǎn)生的水力突變現(xiàn)象.水平矩形斷面明渠水躍：四明槽恒定非均勻流特征（1） h沿流程改變（2） v沿流程改變；（3） 水面線不平行于渠底,JzWi水面線不再是平行于渠底的一條直線.五棱柱體明槽恒定非均

24、勻流水面曲線分析1.根本方程：dhi-Q2K2ds1-Fr2(1)水躍方程：J(h.=J(h2),.h,(2)共軻水深公式：h=J1+8Fr2-1221(3)水躍長度lj=6.9(h2-h1)dh/ds表示沿流程水深的變化規(guī)律和h1=?,.黜詈F類：dh1 2壅水曲線水深沿流程ds增加例3矩形渠道i=0.0007,b=2m,n=0.0248,當dh0ds降水曲線水深沿流程減.EsEsd-E.-：s=i-Ji-J差分方程2 .底坡分類：ivik緩坡i>0正坡Ji=ik臨界坡ivik陡坡i=0平坡i<0逆坡3 .兩條水深限制線(1)i>0,存在N-N線(正常水深ho限制線)(2)

25、各種底坡都存在k-k線(臨界水深hk限制線,沿程不變)(3)N-N線與K-K線劃分12個流區(qū).發(fā)生壅水曲線,這是不可能的.此例也說明底坡改變將產(chǎn)生非均勻流.例2:陡坡連接緩坡：分析：水深從陡坡hivhk轉(zhuǎn)入緩坡h2,水面線必為壅水曲線.然而,無論在陡坡b2和緩坡bi區(qū)均不發(fā)生壅水,這就是從急流到緩流必定發(fā)生水躍,水躍的位置有三種情況,需根據(jù)共軻水深條件經(jīng)計算確定.下面我們介紹恒定非均勻流水面曲線的計算.(六)恒定非均勻流水面曲線計算1 根本方程dEsQ2s=i=i-Jdsk2分段求和法：差分方程用平均水力坡度代替某點的水力坡度.5.水面線變化規(guī)律2條水深線把5種底坡上的流動空間劃分為12個流區(qū)

26、,每個流區(qū)有一條水面曲線,共有12條不同類型的水面曲線,他們的變化規(guī)律總結(jié)如下：(1)每個流區(qū)只出現(xiàn)一種水面線(2)a、c為壅水曲線,b為降水曲線(3)接近K-K線趨于正交；(發(fā)生跌水或水躍)接近N-N線趨于漸近(除a3、c3線)(4)限制斷面：急流在下游,緩流在上游(5)正坡長渠道無干擾的遠端趨于均勻流4.水面線連接的規(guī)律(1)緩流向急流過渡一一產(chǎn)生跌水(2)急流向緩流過渡一一產(chǎn)生水躍2計算步驟(1)定性分析棱柱體渠道水面線(確定壅水或降水,非棱柱體不用分析)(2)確定限制斷面水深(急流向下游,緩流向上游計算)設(shè)相鄰斷面水深,取h=0.10.3m(把渠道分成假設(shè)干斷面)第七章泄水建筑物水流問

27、題(一)堰流和閘孔出流圖示堰流和閘孔出口,堰和閘通常是一體的.當閘門對水流不限制時,這就是堰流.當閘門從上面對水流限制,這就是閘孔出流.1.堰閘出流的區(qū)別：堰流和閘流的判別：閘孔出流(3)緩赧一緩流,只影響上游平頂上g：_e<0.656.水面曲線分析實例例1:緩坡連接緩坡,后接跌坎(i1>i2)(a1線和N2線后出現(xiàn)并且加粗)>0.65堰流曲線堰：_e<0.75閘孔出流圖示緩坡接緩坡,(i1>i2)上游來流為均勻流,下游也趨向于均勻流,從N線要與N2線連接.根據(jù)水面線連接的原那么,緩坡連接緩坡影響上游段,即上游形成a1型壅水曲線.從另一角度分析假設(shè)在下游坡從N1到

28、N2,那么在b1區(qū)eH>0.75堰流H1堰流根本公式：根據(jù)能量方程可以導出Q=m彳二sb2gH02m流量系數(shù)與堰型、進口尺寸、堰高P,及水頭H有關(guān)e1一側(cè)收縮系數(shù)與堰型、邊壁條件、淹沒程度、水頭H,孔寬、孔數(shù)有關(guān)bs淹沒系數(shù)與水頭H和下游水深有關(guān)2三種堰型：薄壁堰：測流實用堰：WESIg特點：H=H,md=0.502H變化,相應m也變化寬頂堰：nmax=0.385,淹沒堰流的水流特性,淹沒條件:>0.8,rsVl圖2判斷淹沒情況：e當=0.25查£2=0.622收縮端面水深為Hhc=e2e=0.933mVc=Q=9693m/s求對應于h的共軻水深以判別是否油Chcvhc2

29、c(18-1)=3.789m2；ghchc2>ht自由出流.淹沒系數(shù)bs=1我們比擬一下堰流和閘孔出流的過流水平hs3計算任務:閘孔出流：q,h；22確定流量系數(shù)m:msb,2gH03/21確定過流水平Q：Q=maijb、藥H；2確定眼堰頂水頭H：H0=2/3i二sb.2gm3.閘孔出流：閘門形式可以分成平板閘門和弧形閘門,出圖1水流特征：收縮斷面水深hc=；2eC22根本公式Q=仃sNbe%；'2gh0N流量系數(shù)=F閘門形式,閘底坎形式仃s淹沒系數(shù),出現(xiàn)遠離或臨界水躍時,仃s=1.下面舉例說明閘孔出流計算.例：矩形渠道中修建單孔平板閘門,b=3m,H=6m,e=1.5m,下游水

30、深ht=3.6m,求：通過的流量.解：1不考慮淹沒影響e仟0.25<0.65圖縮小放此屏后側(cè).閘孔出流二.寬頂堰上平板閘門=0.60-1.76=0.556HQ=be2gh=27.13m3/s由于下游水深ht=3.6m,是否淹沒還需要判斷在同樣的條件下,水頭H的增加,堰流量要比閘孔通過的流量增加的快得多.所以在水利工程中經(jīng)常利用堰及時排放汛期的洪水.二水流銜接水利工程中,從溢流壩、泄洪陡槽、閘孔、跌坎等水工建筑物下泄的水流具有流速高、動能大而且集中.因此我們必須要采取工程舉措,消耗水流多余的能量,使下泄水流與下游河道能平順地銜接.否那么如果不采取工程舉措,就會造成下游河床嚴重的沖刷,影響水

31、工建筑物的正常運行.,一-ht一+水流銜接形式：CTj=淹沒系數(shù),它代表下游水深ht與收縮斷hc面水深的共軻水深的比值.1當ht<hc:遠驅(qū)水躍,5<1.從圖中可知：遠驅(qū)水躍在渠道中出現(xiàn)急流段,對河床沖刷水平強,不利于河床和建筑物的平安.2當昨=h"：臨界水躍,山=1,.臨界水躍午分不穩(wěn)定,水流條件微小的改變,會使臨界水躍變?yōu)槠渌问降乃S.3當ht>"淹沒水躍,rj>1j-,hchc三水流消能根據(jù)上面的分析,我們可以知道,遠驅(qū)水躍存在急流段對下游最為不利；臨界水躍不穩(wěn)定,容易變?yōu)檫h驅(qū)水躍.對于淹沒水躍,當淹沒系數(shù)大于1.2時,也不利于消能.因此通常

32、需要采取修建消力池等工程舉措,形成淹沒系數(shù)為1.051.10的淹沒水躍與下游水流銜接.1 .常用消能方式（1） 底流消能一水躍消能利用從急流到緩流產(chǎn)生水躍的劇烈翻騰的旋滾,消耗水流多余的能量,適用于中低水頭和地質(zhì)條件差的情況,在渠道中閘和跌坎的下游廣泛應用（2） 挑流消能在泄水建筑物末端修建跳坎,把下泄水流挑射到遠離建筑物的地方,水流在空中跌落擴散,落入河道與水流碰撞,產(chǎn)生強烈紊動混摻,消耗大量能量,多用于高水頭和地質(zhì)條件好的情況單寬流量V=-q=1.38m3/sHV2=0.10m2gH°=H匚=5.10m2gq=Ne*；2gH0=6.95m3/s說明行進流速對計算過流水平有影響e一

33、=0.25查平板閘門垂直收縮系數(shù)表查得£2=0H322hc=e2e=0.78m2.底流消能：底流消能一般采用消力池形式.1消力池的類型：a降低護坦形成消力池b護坦末端修建消力坎c綜合式消力池（2） .降低護坦消力池設(shè)計1消力池深d根據(jù)圖示的幾何關(guān)系,消力池深d等于had=Tj-z-ht2判別水躍形式求hc對應的躍后水深hrq2hcc.18q3-1=3.19m21.ghch/>ht.所以產(chǎn)生遠驅(qū)水躍c下游需要建消力池：d=Tj-ht其中:hchc2182qghC32,1z=q_1町叫,2whj2一消能池通常也可以用下式估算池深d：d=c-jhCd=o-j-ht第八九章滲流和相似理

34、論一滲流滲流運動是指水在有孔隙的土壤或巖石中的流動,如在土壩、井、閘壩的根底內(nèi)均存在地下水的滲流運動由于自然界土壤組成的復雜性,地下水在土壤孔隙中的流動難以完全了解和表達,因此引入了滲流模型的概念.1滲流模型1概念：忽略全部土壤顆粒的體積或存在,認為地下水的流動是連續(xù)地充滿整個滲流空間.2滲流模型的條件：與實際滲流保持相同的邊界條件、滲流流量和水頭損失.需要注意的是：土壤中實際滲流的流速是大于在滲流2消力池長度的計算由于消力池末端池壁的作用消力池中水躍長度比自由水躍Lj短Lk=0.70.8Lj3設(shè)計流量“池深設(shè)計流量hhtmax池長設(shè)計流量Qmax發(fā)生在池外保證水躍不模型中計算得到的滲流流速,在滲流中討論的都是模型滲流流速.2.滲流根本定律1達西定律：斷面平均流速：U=kJ式中：J滲透坡降；k土壤的滲透系數(shù),表示土壤滲透例1如圖示水閘：閘前水深H=5m開度e=1.25m,下游水深ht=2.3m,求：1收縮斷面水深hc2判別是否要建消力池.3粗估消力池深解：1計算hc閘孔出流=0.60-0.176=0.556H水平的大小.適用范圍：恒定均勻?qū)恿鳚B流.3.恒定無壓漸變滲流根本公式dH:=-k-ds一杜比公式dHd