工程水力学复习资料.doc

v1.0可编辑可修改工程水力学复习要点液体的主要物理性质连续介质、密度、粘滞性、压缩性、表面张力一、水跃复习要点1. 棱柱体水平明渠的水跃方程2. 共轭水深的计算3. 水跃跃长的计算1、一、水跃的概念水跃(hydraulic jump):是明槽水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力现象水跃的分区 旋滚区：水跃区域的上部呈饱搀空气的表面旋滚似的水涡主流区：水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流水跃长度1主流区水跃区的几个要素跃前水深 一一跃前断面（表面旋滚起点所在过水断面）的水深;跃后水深 一一跃后断面（表面旋滚终点所在过水断面）的水深；水跃高度 a=h “ -h '水跃长度 一一跃前断面与跃后断面之间的距离二、水跃的基本方程1.水跃函数2.水跃的基本方程式中厂 、二"分别为跃前水深、跃后水深，称为共轭水深，即对于某一流量 Q具有相同的水跃函数 K⑥ 的那两个水深，即为共轭水深 三、水跃的形式应 "=临界水跃：当 “° 花时，水跃的跃首刚好发生在收缩断面上， 跃后水深等于下游水深，称为临界水跃远离式水跃：当 小 咒时，水跃发生在收缩断面之后，跃后水深大于下游水深，称为远离式水跃。

淹没水跃：当 w 1■时，当下游水深大于临界水跃的跃后水深时，水跃淹没收缩断面，称为淹没水跃堰流及闸孔出流复习要点1、概堰和堰流：无压缓流经障壁溢流时 ，上游发生壅水，然后水面跌落，这一局部水力现象称为堰 流(Weir Flow );障壁称为堰堰流的基本特征量1.堰顶水头H;水舌■32. 堰宽b;3. 上游堰高P、下游堰高P1;4.堰顶厚度S ;5.上、下水位差 z；6.堰前行近流速u 0堰的分类薄壁堪(sharp-crested weir)( 8H<0.67).二觥堰实用堪(ogeeweir1 (0.67<8/H<2.5)宽顶堰(broad-crestweir) (2.5<&H<10) 二備可晦堰流及孔流的界限 堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时堰流和孔流的判别式（1）宽顶堰式闸坝堰流： e/ H > 孔流： 引H <（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）堰流： e/H > 孔流： e/ H <式中： e―― 闸门开启高度； H——堰孔水头2、堰流的基本公式曾=沁订辰用严式中堰流流量系数,#堰流公式式中:淹没系数,W；堰宽b=2mh=2m 试综上所述,侧收缩系数，£ <。

m0 计及行近流速的流量系数例：某矩形断面渠道，为引水灌溉修筑宽顶堰 （如图10-19 ）已知渠道宽B=3m 坎高P=P1=1m,堰上水头 H=2m,堰顶为直角进口，单孔，边墩为矩形，下游水深 求过堰流量解：（1）判别出流形式hs=h-P=1m>0 必要条件hr h 1才対-y = - = 0.5 < 0 8匕 H 2 ――充分条件满足淹没溢流必要条件， 但不满足充分条件， 为自由式溢流 b< B ,有侧收缩本堰为自由溢流有侧收缩的宽顶堰厂卩5(2)计算流量系数 m :堰顶为直角进口,P/H=<3，则由公式得m = 0.32+ 0.01—— =0®(3 )计算侧收缩系数(4 )计算流量：自由溢流有侧收缩宽顶堰Q =她阿秽其中丑厂e *薯段厂謠+的用迭代法求解Q,第一次取H 0(1)〜H每=甌桃端=Q35旳9权逼严€狄巒=8加%h广点r從° 9ii朕第二次近似，取第二次近似，取吒叮％刀=丈彎谱46」也爲厂曰2) E.48-8.46価电) 临本题计算误差限值定为 1%(5)校核堰上游流动状态则过堰流量为Q=Q3) =s^=^=T=0'Wsf=JTO=W=C174<1上游来流为缓流，流经障壁形成堰流，上述计算有效。

用迭代法求解宽顶堰流量高次方程， 是一种基本的方法，但计算繁复，可编程用计算机求解三、泄水建筑物下游的水流衔接与消能复习要点泄水建筑物下游的水流特性表现为 ：流速高、水深小、单宽流量大、能量集中下泄水流对 河床具有极大的破坏性，直接威胁大坝本身的安全底流消能的水力计算挑流消能的水力计算底流式消能(underflow energy dissapition )在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动来消除余能挑流式消能(ski-jump energy dissapition) 将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌 对河床的冲刷不会危及建筑物的安全下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除面流式消能 （surface flow energy dissapition）将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床被巨大的底部旋滚隔开余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除§底流消能的水力计算泄水建筑物下游收缩断面水深的计算泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响控制水跃位置的工程措施例题某WES堰,顶设计水头Hd= m，设计水头下溢流堰流量系数 nd =, 流速系数 为,上下游堰高均为30 m,下游水深ht = m 。

1）不考虑侧收缩影响，求通过溢流堰的单宽设计流量 q ;（2）判断通过设计流量时，堰下游水流衔接形式，若需要建消能工，则进行挖深式消能池 的水力计算解1. 判断溢流坝下游水流衔接形式为了判断溢流坝下游水流衔接形式，先计算下游收缩水深he及其共轭水深 he” 可用查图法或迭代法解法一：采用查图法计算 he及he”（1 ）计算堰顶水头作用下通过溢流堰的单宽流量 当不计侧向收缩影响及行进流速水头时，由实用堰流量公式可得 q Q smJ'2gH32b因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流取淹没系数 d S =于是(3.2m)32q 1.0 0.49 \2 (9.8ms2)(2)计算临界水深 hk对于矩形断面有h3，故hk3 工 J(12.42m^s)2、9 (9.8m s2)2.506 m(3) 计算以下游收缩断面底部水平面为基准的总水头 E0H)因为溢流坝较高，行近流速水头可以忽略不计(4) 查图计算hc及hc”E0 33.2 mhk 2.506 m13.2480 95及参12.42 m2/s变量c 0.207 c 3.0查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得 于是收缩水深于是收缩水深hc chk 0.207 2.506m 0.519 mhe的共轭水深九的共轭水深 hc chk 3.0 2.506m 7-518m题目某溢流坝共7孔，每孔净宽b = 6 m，闸墩厚度d = m。

溢流坝顶高程为 161 m,设计水位 为m，流量系数 m =，收缩系数e 1=,挑坎为连续式，坎顶高程为，挑角 =28 °;下游河床高程为102 m,岩基冲刷系数为（H类岩），下游水深为 m试估算挑流射程及冲刷 深度并检查冲刷坑是否危及大坝安全解本题首先确定在设计水位 m时，溢流坝下泄流量 Q;然后进行挑流射程 L及冲刷坑深度ts的估算，最后进行冲刷坑后坡 i的验算v1.0可编辑可修改挑流射程 L为空中射程 L0与水下射程L0及水下射程L1可分别按以下计算式估算:L0 © S1sin 2L1之和若 忽略坎顶水深 h1 ,则空中射程ts A a ht 2Sco€1 (a A) L12S1si n2tg21. 溢流坝下泄流量 Q的计算因溢流坝较高，行近流速水头可忽略不计,即 H0~ H= m — 161m=m;同时下游水位较低,溢流坝为自由泄流，故下泄流量计算式为：0.4931320 m /s7 6 m . 2 9.8m/s2(6.15m)32Q wn b*2gH32Ke#2. 冲刷坑深度ts的估算为了计算水下射程L1，t先计算冲5刷坑深度ts ksq z ht冲刷坑深度估算式为:式中，岩基冲刷系数Qq nb (n 1)d225m /sks=，其它各参数计算如下1320m3/s7 6m(7 1) 1.8mht 109 m 102 m167.15 m 109 m58.15mts 1.1 (25m2/s)0.5(58.15m)0'257m8.19m3. 射程估算L根据已知数据求得S1 161 m 111m 50 m a111m 102 m9m计算流速系数的经验公式较多，这里采用长江流域规划办公室的经验公式计算0.055式中流能比kE.5q1.5、、gs25m2/s 小.9.8m/s2 (50 m)1.5v1.0可编辑可修改.0.0550.86Lo 2SiSi n2 1 1 2 t2 X Ssin2Lo 0.862 (50 m) sin(2 28 f1I 9m -7m1 、1 ——2\ 0.86 (50 m) sin(2 28)64.87 mts hta ht2 Seos2■. tg2288.19m 7m9m 7m0.862 (50m) eos 2825.57m4.检验冲刷坑后坡 itg 8.19 mL (64.87 25.57)m0.091ik1 1 ^~ —2.5 5故认为冲刷坑不致于危及大坝的安全。

ht四、水击的复习要点#v1.0可编辑可修改1、水击现象的基本概念水击现象(Water-hammer PhenomenO):在有压管道系统中，由于某一管路中的部件工作状态的突然改变，就会引起管内液体流速的急剧变化，同时引起液体压强大幅度波动，这种现象称为水击现象直接水击(Rapid Closure ):当关闭阀门时间小于或等于一个相长时，最早由阀门处产 生的向上传播而后又反射回来的减压顺行波，在阀门全部关闭时还未到达阀门断面，在阀 门断面处产生的可能最大水击压强将不受其影响，这种水击称直接水击间接水击(Slow Closure ):当关闭阀门时间大于一个相长时，从上游反射回来的减压波会 部分抵消水击增压，使阀门断面处不致达到最大的水击压强，这种水击称为间接水击2、有压管道中的水击的四个阶段0<£ <11. c增压逆波阶段水击波的传播现象：一个增压波以一定速度向水库方向传播的现象,2.:减压顺波阶段3.:减压逆波阶段4.增压顺波阶段3、水击的计算1)水击波的传播速度14251+ #式中：c0――水中声波的传播速度， c0 =1425m/s ；E0――水的弹性模量， E0109 N/m2 ；v1.0可编辑可修改E――管壁的弹性模量；d管径（m；d――管道壁厚（m）2）水击压强的计算直接水击压强最大值计算公式:间接水击压强计。