水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)講解

1、水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)講解水力學(xué)學(xué)習(xí)指南央廣播電視大學(xué)水利水電工程專業(yè)（?？疲┩瑢W(xué)們，你們好！這學(xué)期我們學(xué)習(xí)的水力學(xué)是水利水電工程專業(yè)重 要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求大家掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本 概念、基本理論和分析方法,;能夠分析水利工程一般的水流現(xiàn)象;學(xué)會(huì) 常見(jiàn)的工程水力計(jì)算。今天直播課堂的任務(wù)是給大家進(jìn)行一個(gè)回顧性總結(jié)，使同學(xué)們?cè)趶?fù) 習(xí)水力學(xué)時(shí)，了解重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)總結(jié)課程內(nèi)容，達(dá)到 考核要求。第一章緒論（一）液體的主要物理性質(zhì)慣性與重力特性:掌握水的密度P和容重Y;描述液體內(nèi)部的粘滯力規(guī)律的是牛頓內(nèi)摩擦定律： 下面我們介紹水力學(xué)的兩個(gè)基本假設(shè)：水靜力學(xué)包括靜水壓強(qiáng)和靜水總

2、壓力兩部分內(nèi)容。通過(guò)靜水壓強(qiáng) 和靜水總壓力的計(jì)算，我們可以求作用在建筑物上的靜水荷載。（一）靜水壓強(qiáng)：主要掌握靜水壓強(qiáng)特性，等壓面，水頭的概念，以及靜水壓強(qiáng)的計(jì)算 和不同表示方法。（它是靜水壓強(qiáng)計(jì)算和測(cè)量的依據(jù)）p=p 0+Yh 或其：z 位置水頭，p/Y 一壓強(qiáng)水頭（z+p/Y）測(cè)壓管水頭 請(qǐng)注意，水頭表示單位重量液體含有 的能量。4.壓強(qiáng)的三種表示方法:絕對(duì)壓強(qiáng)p,相對(duì)壓強(qiáng)p ,真空度p v , f它們之間的關(guān)系為：p=p-p ap v =|p|（當(dāng)p 0時(shí)p v存在）f相對(duì)壓強(qiáng):p二Yh,可以是正值，也可以是負(fù)值。要求掌握絕對(duì)壓 強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度三者的概念和它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。1pa

3、（工程大氣壓）=98000N/m 2=98KN/m 2下面我們討論靜水總壓力的計(jì)算。計(jì)算靜水總壓力包括求力的大 小、方向和作用點(diǎn)，受壓面可以分為平面和曲面兩類。根據(jù)平面的形狀: 對(duì)規(guī)則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(jìn)行 計(jì)算。（一）靜水總壓力的計(jì)算1）平面壁靜水總壓力（1）圖解法:大小:P=Qb, Q一靜水壓強(qiáng)分布圖面積方向：垂直并指向受壓平面作用線：過(guò)壓強(qiáng)分布圖的形心，作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上。c pz =+Ydy du ut =靜水壓強(qiáng)分布圖是根據(jù)靜水壓強(qiáng)與水深成正比關(guān)系繪制的，只要用 比例線段分別畫出平面上倆點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，把它們端點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，就是 靜水壓強(qiáng)分布圖。解析法:

4、大小:P=p c A, p c 一形心處壓強(qiáng)方向：垂直并指向受壓平面作用點(diǎn)D :通常作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上，在平面的幾何心之下。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P x 和鉛垂分力P z ,然后再合成總壓力P。曲面壁靜水總壓力水平分力：P x =p c A x =Yh c A x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(diǎn)的壓強(qiáng)乘以投影面面積。要求能夠繪制水平分力P x的 壓強(qiáng)分布圖，即曲面在鉛垂面上投影平面的靜水壓強(qiáng)分布圖。2鉛垂分力：P z二YV,V-壓力體體積。在求鉛垂分力P z時(shí),要繪制壓力體剖面圖。壓力體是由自由液面 或其延長(zhǎng)面，受壓曲面以及

5、過(guò)曲面邊緣的鉛垂平面這三部分圍成的體積。當(dāng)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(dāng)壓 力體與受壓面在曲面的兩側(cè)，則鉛垂分力的方向向上。3合力方向：a=arctg下面我們舉例來(lái)說(shuō)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?yán)L出AB的壓強(qiáng)分布圖和BC曲面上的壓力體剖面圖及水平 分力的壓強(qiáng)分布圖，并判別鉛垂作用力的方向，鉛垂作用力大小如何計(jì) 算？(2)對(duì)曲面BC ,水平分力的壓強(qiáng)分布如圖所示，水平分力 P X =1/2yH+y(H+R )Rb :壓力體是由受壓曲面、過(guò)受壓曲面周界作的鉛垂面、向上或向下

6、 與自由表面或它的延長(zhǎng)面相交圍成的體積。因此，以1/4圓弧面BC為 底(閃動(dòng) 曲面)，以曲面兩端點(diǎn)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)，因此鉛垂作 用力的方向是向下的。鉛垂方向作用力的大?。篎 z = yV=y(H+R)R -1/4nR 2 b第三章液體運(yùn)動(dòng)基本概念和基本方程這一章主要掌握液體運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本方程，并且應(yīng)用這些基 本方程解決實(shí)際工程問(wèn)題。下面我們首先介紹有關(guān)液體運(yùn)動(dòng)的基本概 念：（一）液體運(yùn)動(dòng)的基本概念流線的特點(diǎn)：反映液體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的圖線。流線的性質(zhì):流線不能相交;流線不能轉(zhuǎn)折。流動(dòng)的分類非恒定流均勻流:過(guò)水?dāng)嗝嫔虾愣鞣蔷?/p>

7、勻流漸變流急變流在均勻流和漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔?，壓?qiáng)分布滿足：x z P P液流cp z =+Y另外斷面平均流速和流量的概念要搞清。（二）液體運(yùn)動(dòng)基本方程恒定總流連續(xù)方程v 1A 1= v 2A 2,Q=vA 利用連續(xù)方程，已知流量可以求斷面平均流速，或者通過(guò)兩 斷面間的幾何關(guān)系求斷面平均流速。恒 定 總 流 能 量 方 程J二一水力坡度，表示單位長(zhǎng)度流程上的水頭損失。能量方程是應(yīng)用最廣泛的方程,能量方程的最后一項(xiàng)h w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(jì)算方法，能量方程應(yīng)用條件：恒定流，只有重力作用，不可壓縮漸變流斷面，無(wú)流量和能量的出入能量方程應(yīng)

8、用注意事項(xiàng)：三選:選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)面便于計(jì)算選典型點(diǎn)計(jì)算測(cè)壓管水頭:選計(jì)算斷面使未知量盡可能少(壓強(qiáng)計(jì)算采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn))能量方程的應(yīng)用：它經(jīng)常與連續(xù)方程聯(lián)解求：斷面平均流速，管道壓強(qiáng)，作用水頭 等。文丘里流量計(jì)是利用能量方程確定管道流量的儀器。畢托管則是利用能量方程確定明渠(水槽)流速的儀器。當(dāng)我們需要求解水流與固體邊界之間的作用力時(shí)，必須要用到動(dòng)量 方程。恒 定 總 流 動(dòng) 量 方 程SF x 二pQ (B2 v 2x B1 v 1x )投影形式EF y =pQ (B2 v 2y -B1 v 1y )SF z 二pQ （B2 v 2z -B1 v 1z ）B一動(dòng)量修正系數(shù)，一般取B=1.0式：SF

9、 x、SF y、SF z是作用在控制體上所有外力沿各坐標(biāo) 軸分量的合力,V 1i ,V 2i是進(jìn)口和出口斷面上平均流速在各坐標(biāo)軸 上投影的分量。動(dòng)量方程的應(yīng)用條件與能量方程相似，恒定流和計(jì)算斷 面應(yīng)位于漸變流段。應(yīng)用動(dòng)量方程特別要注意下面幾個(gè)問(wèn)題：（2）動(dòng)量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)：a）動(dòng)量方程是矢量方程，要建立坐標(biāo)系。（所建坐標(biāo)系應(yīng)使投影分 量越多等于0為好,這樣可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。）b）流速和力矢量的投影帶正負(fù)號(hào)。（當(dāng)投影分量與坐標(biāo)方向一致為 正，反之為負(fù)）c）流出動(dòng)量減去流入動(dòng)量。2112A A v v =w h g v p z g v p z +=+222222221111ayay（）uBuBp

10、122-二SQ F Ypz +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（作用在水體上的力通常有重力、 壓力和邊界作用力）e）未知力的方向可以任意假設(shè)。（計(jì)算結(jié)果為正表示假設(shè)正確，否則假設(shè)方向與實(shí)際相反）通常動(dòng)量方程需要與能量方程和連續(xù)方程聯(lián)合求解。下面我們舉例說(shuō)明液體動(dòng)量方程的應(yīng)用：例3水平床面河道上設(shè)一弧形閘門，閘前漸變流斷面1的水深為H ,閘下收縮斷面2的水深h c ,閘門段水頭損失為1斷面流速水頭的 1.2倍，求水流對(duì)弧形閘門的作用力F ?解：根據(jù)題意，求水流對(duì)邊界的作用力，顯然要應(yīng)用動(dòng)量方程求解， 由于流速流量未知，首先要利用連續(xù)方程和能量方程把動(dòng)量方程的所需 的流速

11、v、流量Q計(jì)算出來(lái)。）解：（1）連續(xù)方程（2）能量方程求p 2 （建立11，22斷面的能量方程）取河床水平面為基準(zhǔn)面，代表點(diǎn)選在水面，則p 1=p 2=0,水頭損失 h w =1.2v 21/2g.取 a1=a2=1.0Q=v 1A 1=V 1XBXH（3）用動(dòng)量方程求水流對(duì)弧形閘門的作用力（取包括閘門段水體進(jìn)行示力分析，建立圖示坐標(biāo)，因水體僅在X方 向有當(dāng)動(dòng)量變化，故設(shè)閘門對(duì)水體的反作用力為水平力R x，方向如圖 所示，作用在水體上的重力沿x方向?yàn)榱悖﹛方向的動(dòng)量方程：P 1- P 2- R x = pQ （v 2-v 1） R x = P 1 - P 2 -pQ （v 2-v 1）對(duì)于所取

12、的兩漸變流斷面:P 1=1/2yH 2B ； P 2=1/2vh c 2B水流對(duì)弧形閘門的作用力F與R x大小相等，方向相反，作用在水 體上）下面我們簡(jiǎn)單介紹液體運(yùn)動(dòng)三元流分析的基礎(chǔ)。（三）三元流分析的基礎(chǔ)*（不做考試要求）液體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本形式：平移、線變形、角變形、旋轉(zhuǎn)有旋流動(dòng)與無(wú)旋流動(dòng)的區(qū)別。當(dāng)3x =3y =3Z =0,為無(wú)旋流動(dòng)或稱有勢(shì)流動(dòng)。平面勢(shì)流的特點(diǎn)滿足無(wú)旋條件：二0一存在勢(shì)函數(shù)e 1125）（v hH v v ch g v p z g v p z +=+22222222111layay)v g v h g v H - =+=+)(21y x u x y u z d d -d

13、d = 3滿足連續(xù)方程：0 第四章流態(tài)與水頭損失在討論恒定總流能量方程時(shí)我們?cè)?jīng)介紹過(guò)，水頭損失h w是非常 復(fù)雜的一項(xiàng)內(nèi)容，我們將就討論水頭損失以及與水頭損失有關(guān)的液體的 流態(tài)。(一)水頭損失的計(jì)算方法總水頭損失： h w = Sh f + Sh j (1)沿程水頭損失: 達(dá)西公式圓管入一沿程水頭損失系數(shù)R 一水力半徑圓管(2)局部水頭損失5 一局部水頭損失系數(shù)從沿程水頭損失的達(dá)西公式可以知道，要計(jì)算沿程水頭損失，關(guān)鍵 在于確定沿程水頭損失系數(shù)入。而入值的確定與水流的流態(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)和判別液體的兩種流態(tài)：雷諾實(shí)驗(yàn)層流一液體質(zhì)點(diǎn)

14、互相不混摻的層狀流動(dòng)。h f V 1.0紊流一存在渦體質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。h f V 1.75-2當(dāng)流速比較小的時(shí)候，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互相不混摻，定義為層 流。當(dāng)流速比較大的時(shí)候，各流層內(nèi)存在渦體，并且流層間的質(zhì)點(diǎn)互相 混摻，定義為紊流。那么液體的流態(tài)怎樣進(jìn)行判別呢？.流態(tài)的判別：雷諾數(shù)Re , k =2000流態(tài)的判別的概化條件:Re Re k 紊流判別水流流態(tài)的雷諾數(shù)是重要的無(wú)量綱數(shù)，它的物理意義表示慣性 力與粘滯力的比值。圓管層流流動(dòng)斷面流速分布特點(diǎn)：拋物型分布，不均勻：(2)沿程阻力系數(shù):=d d yy u+d d x x u gR l h f 242u入二vR e R u=v d u

15、=Re v u 2max=Re 64二入 xA R =gd l h f 22u 入二4d R =vR 4 二u層流流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)入只是雷諾數(shù)的函數(shù)，而且與雷諾 數(shù)成反比。那么紊流入是怎么計(jì)算的呢？首先要了解一下紊流的特 性。4.紊流運(yùn)動(dòng)特性紊流的特征一液層間質(zhì)點(diǎn)混摻，運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)紊流內(nèi)部存在附加切應(yīng)力：(3 )紊流邊界有三種狀態(tài)：紊流：當(dāng)Re較小 6 水力粗糙；當(dāng)R e介于兩者之間過(guò)渡區(qū)(4)紊流流速分布(紊流流速分布比層流流速分布更加均勻)對(duì)數(shù)流速分布n=1/7當(dāng) Re T （與上反之）4直接水擊壓強(qiáng)計(jì)算：因此在水利工程的水輪機(jī)、泵站的壓力管道設(shè)計(jì)，必須十分重視水 擊的影響，防止發(fā)

16、生水擊破壞。延長(zhǎng)閘門的關(guān)閉時(shí)間和縮短壓力管道的 長(zhǎng)度，使管道內(nèi)產(chǎn)生間接水擊是降低水擊壓強(qiáng)的有效措施。第六章明槽水流運(yùn)動(dòng)明渠水流主要討論四部分內(nèi)容：1.明渠均勻流水力計(jì)算；2.明渠 水流流態(tài)的判別；3.水躍及水躍共軛水深計(jì)算；4.明渠非均勻流水面曲 線分析和計(jì)算。（一）明槽均勻流1.均勻流特征：（1）水深,底坡沿程不變（過(guò)水?dāng)嗝嫘螤畛叽绮?變）)/(11435s m DE K a 6 +a LT 2二aL T 42=)(0V V a p -= p)(0V V gaH -= gZ A Q c 2u=dl c入ZZZu+=出口彎進(jìn)口 213120244.08d Cg 二二入6161)4(014.01

17、1d R n C =2222A g Q Z c u =S+=ZXudlc(2 )斷面平均流速沿程不變?nèi)€平行J = J z = i(總水頭線、水面線、渠底)3.明槽均勻流公式：Q二V A.一流量模數(shù)4.明槽均勻流水力計(jì)算類型：(1)求流量Q(2)求渠道糙率n(3)求渠道底坡：設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸 求正常水深h 0、底寬b對(duì)于以上問(wèn)題都可以直接根據(jù)明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。(二)明槽水流的流態(tài)和判別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(guò)的層流、 紊流區(qū)分開(kāi)來(lái)。緩流、急流、臨界流是對(duì)有自由表面的明槽水流的分類；層流、紊 流的分類是對(duì)所有水流(包括管流和明

18、槽水流)都適用；判別指標(biāo)FrL （均勻流）緩流VKFr 1i V,Fr 1J Ik臨界流V - V.Fr 二 1:hnh* jJ = ii3.佛汝德數(shù)Fr :佛汝德數(shù)Fr是水力學(xué)重要的無(wú)量綱數(shù)，它表示慣性力與重力的對(duì) 比關(guān)系，與雷諾數(shù)一樣也是模型實(shí)驗(yàn)的重要的相似準(zhǔn)數(shù)，雷諾數(shù)表示慣 性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系。（3）斷面比能E s :0緩流0急流臨界流斷面比能E s是以過(guò)明渠斷面最低點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)的單位重量 水體具有的總機(jī)械能。需要注意，。不同斷面的斷面比能，它的基準(zhǔn)面是不同的，所以斷面 比能沿流程可以減少，也可以增加或不變，均勻流各斷面的斷面比能就 是常數(shù)。（4）臨界流方程：（一般斷面） 6/1

19、1RnC 二i K Ri AC Q =R AC K =22222gAQ h g h s E aav+=+=21Fr dhs dE -=k B kA gQ 32二a重力慣性力=二hg V Fr臨界水深h k :(矩形斷面)注意：臨界水深是流量給定時(shí)，相應(yīng)于斷面比能最小值時(shí)的水深。臨界底坡i k:均勻臨界流時(shí)的底坡。i = i k ,須要強(qiáng)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(duì)于陡坡也同樣如此。下面舉例說(shuō)明流態(tài)的判別：水躍和跌水跌水：由緩流向急流過(guò)渡。水深從大于臨界水深h k變?yōu)樾∮?臨界水深,常發(fā)生在跌坎和緩坡向陡坡過(guò)渡的地方。水躍：由急流向緩流過(guò)渡產(chǎn)生的水力突變現(xiàn)象。水平矩形

20、斷面明渠水躍：水躍方程：J (h 1)=J (h 2)（2）共軛水深公式：和（3）水躍長(zhǎng)度l j= 6.9 （ h 2 - h 1）例 3 矩形渠道 i=0.0007, b=2m , n=0.0248,當(dāng) h 0=1.5m 時(shí)，求 渠內(nèi)流量Q和流態(tài)？解（這是求渠道過(guò)流能力的問(wèn)題首先計(jì)算明渠 斷面幾何參數(shù)。） 面積 A=bh=3m 2濕周 ：X=b+2h=5 m水力半徑:R二A/X=0.6m （代入明渠均勻流公式）：Q =2.28m 3/s（即該渠道能通過(guò)流量）v二Q/A= 0.76m/s,Fr=v/Jgh=0.1981.0，故為緩流h k 二Jq 2/g=0.467mh=1.5m,故為緩流例4

21、：平板閘門局部開(kāi)啟，Q = 20.4m 3/s，出閘水深h 1 = 0.62m ,b = 5m。下游水深h t =2.0m，是 否發(fā)生水躍?假如在h 1處發(fā)生水躍，求躍后水深h 2和水躍形式。解 （首先判斷出閘水流的流態(tài)）（單寬流量）取 a= 1.0h 1h t ,所以為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。（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，J z Ni （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勻流水面曲線分析基本方程：（dh/ds表示沿流程水深的變化規(guī)律） 水面曲線分類：壅水曲線（水深沿流程增加）降水曲線（水深沿流程減?。?.底坡分類:

22、0 i =i k 臨界坡i i k陡坡i =0 平坡i 0,存在N-N線(正常水深h?？刂凭€)各種底坡都存在k-k線(臨界水深h k控制線，沿程不變)N-N線與K-K線劃分12個(gè)流區(qū)。5.水面線變化規(guī)律2條水深線把5種底坡上的流動(dòng)空間劃分為12個(gè)流區(qū)，每個(gè)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：每個(gè)流區(qū)只出現(xiàn)一種水面線a、c為壅水曲線,b為降水曲線接近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)控制斷面：急流在下游，緩流在上游正坡長(zhǎng)渠道無(wú)干擾的遠(yuǎn)端趨于均勻流水面線連接的規(guī)律m gh q h h 05.2181221212=口

23、口口口DD-+=2221Fr K Q i ds dh -=0 dsdh 0 ds dh（1）緩流向急流過(guò)渡產(chǎn)生跌水（2）急流向緩流過(guò)渡產(chǎn)生水躍（3）緩流緩流，只影響上游（4）急流 急流，只影響下游6.水面曲線分析實(shí)例：例1：緩坡連接緩坡，后接跌坎（i 1i 2）（a 1線和N 2線后出現(xiàn)并 且加粗）圖示緩坡接緩坡，（i 1i2）上游來(lái)流為均勻流,下游也趨向于均勻流，從N 1線要與N 2線 連接。根據(jù)水面線連接的原則，緩坡連接緩坡影響上游段，即上游形成a 1型壅水曲線。從另一角度分析若在下游坡從N1到N 2,則在b 1區(qū)發(fā) 生壅水曲線，這是不可能的。此例也說(shuō)明底坡改變將產(chǎn)生非均勻流。例2:陡坡連

24、接緩坡：分析:水深從陡坡h 10.65堰流 曲線堰：W0.75閘孔出流J i k Q i ds dE s -=-=22J iEEJiEssusds -=- 二 H e He He He0.75堰流堰流：1）堰流基本公式：根據(jù)能量方程可以導(dǎo)出m 一流量系數(shù)（與堰型、進(jìn)口尺寸、堰高P，及水頭H有關(guān)）1一側(cè)收縮系數(shù)（與堰型、邊壁條件、淹沒(méi)程度、水頭H ,孔寬、 孔數(shù)有關(guān)）os 一淹沒(méi)系數(shù)（與水頭H和下游水深有關(guān)）2）三種堰型：薄壁堰:測(cè)流實(shí)用堰:WES堰特點(diǎn):H=H d ,m d =0.502 （H變化，相應(yīng)m也變化）寬頂堰：m max =0.385,淹沒(méi)堰流的水流特性，淹沒(méi)條件： 0.8,os 1

25、（圖）3）計(jì)算任務(wù)：（1）確定過(guò)流能力Q ：（2）確定流量系數(shù)m： （3）確定眼堰頂水頭H 0：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 EMBED Equation.3e h c 2e= （2）基本公式 02gh b Q e s uo =U 流量系數(shù)二F （閘門形式，閘底坎形式）s。一淹沒(méi)系數(shù)，出現(xiàn)遠(yuǎn)離或臨界水躍時(shí),s。=1。下面舉例說(shuō)明閘孔出流計(jì)算.例：（矩形渠道修建）單孔平板閘門，b=3m,H=6m,e=1.5m,下游水深ht =3.6m,求：通過(guò)的流量。 解：（1）不考慮淹沒(méi)影響=0.25h t自由出流。淹沒(méi)系數(shù)os =1我們比較一下堰流和閘孔

26、出流的過(guò)流能力.堰流：閘孔出流：在同樣的條件下，水頭H的增加，堰流量要比閘孔通過(guò)的流量增加 的快得多。所以在水利工程經(jīng)常利用堰及時(shí)排放汛期的洪水。（二）水流銜接水利工程，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(dòng)能大而且集。因此我們必須要采取工程措施，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。否則如果不采 取工程措施，就會(huì)造成下游河床嚴(yán)重的沖刷，影響水工建筑物的正常運(yùn) 行。水流銜接形式：一淹沒(méi)系數(shù)，它代表下游水深h t與收縮斷面水深的共軛水深的比值。1）當(dāng)h t :遠(yuǎn)驅(qū)水躍，0j 淹沒(méi)水躍， oj 1（三）水流消能根據(jù)上面的分析，我們可以知道，遠(yuǎn)驅(qū)水躍存在

27、急流段對(duì)下游最為 不利；臨界水躍不穩(wěn)定，容易變?yōu)檫h(yuǎn)驅(qū)水躍。對(duì)于淹沒(méi)水躍，當(dāng)淹沒(méi)系數(shù) 大于1.2時(shí),也不利于消能。因此通常需要采取修建消力池等工程措施, 形成淹沒(méi)系數(shù)為1.051.10的淹沒(méi)水躍與下游水流銜接。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，適用于低水頭和地質(zhì)條件差的情況，在渠道閘和跌坎的下游 廣泛應(yīng)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(yuǎn)離建筑物的地方，水25.0二He s m bc Q V c/693.9二二m gh v h h cc c 789.3） 181（222=-+=230H Q 210H

28、Q lc h c h c h =c t j h h。=c t j hh。流在空跌落擴(kuò)散,落入河道與水流碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈紊動(dòng)混摻,消耗大 量能量，多用于高水頭和地質(zhì)條件好的情況）底流消能：底流消能一般米用消力池形式。（1）消力池的類型：a）降低護(hù)坦形成消力池b）護(hù)坦末端修建消力坎c）綜合式消力池（2）.降低護(hù)坦消力池設(shè)計(jì)1）消力池深d（根據(jù)圖示的幾何關(guān)系，消力池深d等于）a） d=oj -Az -h t 其：消能池通常也可以用下式估算池深d :d=。j -h t（2）消力池長(zhǎng)度的計(jì)算（由于消力池末端池壁的作用，消力池水躍 長(zhǎng)度比自由水躍L j短） L k =（0.70.8）L j （3）設(shè)計(jì)流量

29、池 深設(shè)計(jì)流量（-h t ）max Q池長(zhǎng)設(shè)計(jì)流量 Q max（保證水躍不發(fā)生在池外）例1（如圖示水閘）已知：（閘前水深）H=5m ,（開(kāi)度）e=1.25m,（下游水 深）h t =2.3m,求：（1）收縮斷面水深h c（2）判別是否要建消力池。（3）粗估消力池深解：（1）計(jì)算h c （閘孔出流）假設(shè)自由出流，令H 0二H（單 寬 流 量）.（說(shuō)明行進(jìn)流速對(duì)計(jì)算過(guò)流能力有影響） （查平板閘門垂直收縮系數(shù)表）查得 2 =0.622h c = e2e=0.78m（2）判別水躍形式 （求h c對(duì)應(yīng)的躍后水深）. h t.所以產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍下游需要建消力池：d=oj -h t ch )181(232-+

30、=cc cgh q h h -= 222)(1)(12c j t h h g q z。C j h d。=二-二H e um s m gh e b Q q=/88.623 us m H q V /38.13=m g V 10.022二m g V H H 10.5220=+=s m gH e q /95.6230=u25.0二He m gh q h h c c c 19.3) 181 (232=-+=c h第八九章 滲流和相似理論(一)滲流滲流運(yùn)動(dòng)是指水在有孔隙的土壤或巖石的流動(dòng)，如在土壩、井、閘 壩的基礎(chǔ)內(nèi)均存在地下水的滲流運(yùn)動(dòng)(由于自然界土壤組成的復(fù)雜性， 地下水在土壤孔隙的流動(dòng)難以完全了解和

31、表達(dá)，因此引入了滲流模型的 概念)O1 滲流模型概念：忽略全部土壤顆粒的體積(或存在)，認(rèn)為地下水的流動(dòng)是 連續(xù)地充滿整個(gè)滲流空間。滲流模型的條件：與實(shí)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：土壤實(shí)際滲流的流速是大于在滲流模型計(jì)算得到的 滲流流速,在滲流討論的都是模型滲流流速。滲流基本定律（1）達(dá)西定律：斷面平均流速：u = kJ式：J 一滲透坡降;k 土壤的滲透系數(shù)，表示土壤滲透能力的大 小。適用范圍：恒定均勻?qū)恿鳚B流。恒定無(wú)壓漸變滲流基本公式一杜比公式式:H 一測(cè)壓管水頭，（或稱為水面高程），J 一滲透坡降。（對(duì)于 漸變滲流，同一過(guò)水?dāng)嗝嫔系臐B透坡降可以認(rèn)為是常數(shù)，因此同一滲流 斷面上各點(diǎn)的流速為定值。）（1）無(wú)壓均勻滲流（地下河槽均勻滲流的斷面平均流速和單寬滲流流量可以用下式計(jì) 算）：u = k iq = kih 0在工程經(jīng)常打井取水或者用來(lái)降低施工區(qū)域地下水位井的滲流計(jì)算（圖，動(dòng)畫）（1）井的分類無(wú)壓井一在無(wú)壓含水層有壓井一井底深入到承壓含水層完全井一井底落在