发布时间 : 星期二 文章河海大学水力学考研讲义(重要知识点总结)更新完毕开始阅读
6.3 有压管路中的水击 1．直接水击与间接水击
直接水击：阀门关闭时间Ts小于水击波的一个相长。 间接水击：阀门关闭时间Ts大于水击波的一个相长。 2．直接水击压强的计算 3．间接水击压强的计算
第7章明渠均匀流 内容提要
本章研究明渠恒定均匀流。明渠均匀流理论是渠道设计的基础，主要内容包括明渠均匀流的力学特性及形成条件，明渠均匀流的水力计算及各种问题的解法。 7.1 明渠的几何要素 1．明渠的底坡
底坡是指明渠渠底高差与相应渠道长度的比值。以符号i表示底坡，i>0表示明渠渠底高程沿程降低，称为正坡明渠；当渠底高程沿程不变，i=0称为平坡明渠；当渠底高程沿程增加，i<0，称为负坡明渠
2．明渠过水断面的几何要素
明渠过水断面的几何要素主要包括过水断面的水深h、过水面积A、湿周X和水力半径R等。以常见的梯形断面为例，其几何要素如下。
水深h：指过水断面上渠底最低点到水面的距离。 底宽b：梯形断面的渠底宽度。 边坡系数m:
过水断面面积A:A=（b+mh）h 湿周X：
水力半径R：
7.2 明渠均匀流的特点及产生条件 1．明渠均匀流的水力特点
(1)过水断面的流速分布、断面平均流速、流量、水深以及过水断面的形状、尺寸沿程不变； (2)水力坡度、水面坡度、底坡三者相等；
(3)作用在水流上的重力在水流方向上的分量与水流所受的阻力相等。 2．明渠均匀流产生的条件
(1)水流为恒定流，流量沿程不变，并且无支流的汇入或分出；
(2)明渠为长直的棱柱形渠道，粗糙度沿程不变，并且渠道中无水工建筑物的局部干扰； (3)底坡为正坡。
7.3 明渠均匀流的水力计算
在明渠均匀流的水力计算中，主要应用谢才公式，并用曼宁公式确定谢才系数C。 明渠中发生均匀流时的水深称为正常水深，以h0表示。与其相应的水力要素均加下标“0”。
明渠均匀流水力计算主要有三类基本问题。
(1)验证渠道的输水能力。对已建成的渠道，已知渠道断面的形状、尺寸、渠道土壤性质和护面情况以及渠道底坡，求输水能力Q。
(2)确定渠道底坡。已知渠道断面的形状、尺寸、粗糙度及设计流量或流速，要确定渠道底坡。由已知的n、m、b、h0。可首先算出流量模数K，再求解渠道底坡i。
(3)设计渠道断面尺寸。根据已知的Q、优、规和i，求解渠道的断面尺寸b或h0，可采用试算法。
7.4 渠道设计中的其他问题 1．明渠水力最佳断面 对于土质渠道常采用的梯形断面，有：最佳宽深比，最佳水力半径。 2．明渠的允许流速
在设计渠道时，为保证渠道不致发生渠床的冲刷和泥沙的淤积，要求v不淤 当渠道断面的湿周由不同材料组成时，则各部分的粗糙度不同，这种情况下可用综合粗糙度代替断面粗糙度进行水力计算，用nc来计算整个流动的阻力和水头损失。 4．明渠的复式断面 渠道横断面上望塑巴鋈度或底宽有突然变化的断面称为复式断面，其特点是：主河槽的水力半径大，粗糙度小；而滩地水力半径小，粗糙度大。 第8章 明渠非均匀流 内容提要 本章研究的是明渠非均匀流，从运动学和能量两个方面来研究和建立缓流、急流的判别标准，以及明渠中缓流和急流相互转换时产生的水力现象——水跃和水跌；研究明渠非均匀变流的基本特性及其水力要素沿程变化的规律；分析水面曲线的变化及其计算。 8.1 缓流、临界流和急流 1．缓流、临界流和急流的特点 明渠水流的流态有缓流、临界流和急流。缓流多见于底坡较缓的渠道或者平原河道中，是指水深较大，流速较小的流动；急流的水深较小，流速较大，多见于底坡较陡的渠道或者山区的河道中；缓流和急流的分界是临界流。 2．缓流、临界流和急流的判别方法 (1)波速判别法 当v 可用弗劳德数来判别明渠水流的流态。 Fr<1，水流为缓流； Fr=1，水流为临界流； Fr>1，水流为急流。 (3)断面单位能量判别法 (4)临界水深判别法 h>hc时，为缓流； h=hc时，为临界流； h (5)底坡判别法 当明渠发生均匀流时的正常水深h0。恰好等于临界水深hc时，其相应的底坡称为临界底坡，用ic表示。 当明渠中的水流为均匀流时： i i=ic，h0=hc，即临界坡上的均匀流为临界流。 8.2 两种流态的转换 1．水跌 处于缓流状态的明渠水流，因渠底突然变为陡坡或下游渠道断面形状突然扩大，引起水面降落。水流以临界流动状态通过这个突变的断面，转变为急流。这种从缓流向急流过渡的局部水力现象称为水跌。 2．水跃 (1)水跃的产生条件 在较短渠段内水深从小于临界水深急剧地跃升到大于临界水深的局部水力现象称为水跃。水跃的产生条件是水流由急流向缓流过渡，它常发生于闸门、溢流堰、陡槽等泄水建筑物的下游。 (2)水跃基本方程与共轭水深关系 8.3 棱柱体明渠水面曲线微分方程 棱柱体明渠恒定渐变流微分方程建立了水深h对距离s的水面曲线微分方程， 形式，它反映水深沿程变化规律，可用来分析水面曲线的形状。 8.4 棱柱体明渠水面曲线形状分析 1．棱柱体明渠水面曲线的分区和命名 根据5种底坡上的正常水深N-N线和临界水深C-C线共划分有12个区。规定水面曲线在N-N线和C-C线之上的区域称为1区，在二者之间的区域称为2区，在二者之下的区域称为3区。分别将在不同底坡上发生的水面曲线型号标以下角标1、2、3表示。 区域划分后，各区域内水面曲线的形式用棱柱体水面曲线微分方程分析。 2．12条水面曲线的共同规律 (1)发生在1、3区的均为壅水曲线，2区的均为降水曲线； (2)当水深接近正常水深时，水面线以N-N线为渐近线； (3)当水深接近临界水深时，水面线在理论上垂直临界水深线C-C线，但此时 的水流已不符合渐变流条件，而是属于急变流。 8.5 明渠水面曲线计算 对明渠水面曲线采用分段求和法进行计算 8.6 天然河道水面曲线计算 第9章堰流和闸孔出流 内容提要 水力学中，把顶部溢流的泄水建筑物称为堰。过堰的水流，当没有受到闸门控制时为堰流。当过堰的水流受到闸门控制时为闸孔出流，简称孔流。本章主要讨论堰流和孔流的计算。 9.1 堰流的特点及分类 堰流是指水流经过泄水建筑物时发生水面连续且光滑的跌落现象。堰流的特点是： ①水流在重力作用下由势能转化为动能； ②属于急变流，计算中只考虑局部水头损失； ③属于控制建筑物，用于控制水位和流量 按堰壁厚度与堰上水头之比，将堰分为三类： 比值< 0.67，薄壁堰 0.67<比值<2.5，实用堰 2.5<比值<10，宽顶堰 9.2 堰流的基本公式 堰流的基本计算公式： 式中：堰的流量系数；侧收缩系数；淹没系数；堰宽；堰上总水头；过堰流量。 9.3 薄壁堰 1．流量系数 薄壁堰计算中，用堰上水头H代替总水头H0而将髫的影响并人流量系数中。 2．淹没系数 当下游水位影响堰的泄流量时为淹没出流，薄壁堰发生淹没出流的条件是：①下游水位高于堰顶；②堰下游发生淹没水跃。同时满足以上两个条件时，则发生淹没出流，要考虑淹没系数。 9.4 实用堰 实用堰一般分为曲线型实用堰和折线型实用堰两种。曲线型实用堰常见的有WES型剖面、克-奥型剖面以及长研I型剖面； 1．流量系数 2．侧收缩系数 3．淹没系数：实用堰发生淹没出流的条件与薄壁堰相同。 9.5 宽顶堰 1．流量系数 2．侧收缩系数 3．淹没系数 根据实验，宽顶堰的淹没出流条件为：Hs/H0> 0. 8 9.6 闸孔出流 闸孑L出流与堰流密切相关，当闸门开启高度大于某个数值时，闸门底缘不约束水流上缘，闸孔出流就转为堰流。 根据实验，宽顶堰和实用堰上形成堰流或孔流的界限为： 宽顶堰：e/H＞0.65为堰流；e/H≤0.65为孔流。 实用堰：e/H＞0.75为堰流；e/H≤0.75为孔流。 1．宽顶堰上的闸孔出流