中文名 | 明渠恒定流 | 外文名 | steadyflowinopenchannel |
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學(xué)????科 | 水利工程 | 領(lǐng)????域 | 能源 |
范????圍 | 工程技術(shù) |
當(dāng)觀察時(shí)間足夠長時(shí),大多數(shù)明集水流都表現(xiàn)出非恒定流性質(zhì)。對(duì)大量的明渠水力學(xué)問題中,水力要素隨時(shí)間的變化較慢,常按恒定流處理,這樣可使問題簡化 。
水利工程中經(jīng)常遇到恒定流動(dòng)的水力計(jì)算問題,如攔河筑壩形成水庫,需要計(jì)算上游河道中水位的重高與惠水長度,以估算淹沒范圍與堤防高程等;開挖溢洪道、明流隧洞或人工渠道時(shí),需核算其過水能力與確定洞、渠的邊墻高度;為灌溉和發(fā)電而修建的明渠,應(yīng)計(jì)算合理的斷面尺寸等。這些都需要掌握明渠恒定流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,研究明渠水流的水力計(jì)算方法 。
明渠恒定流是指明渠水流中的水力要素如流量、水深等不隨時(shí)間而變化的流動(dòng) 。
建議依據(jù)設(shè)計(jì)要求選套相關(guān)子目完成: ?
這不是一般的回填,設(shè)計(jì)應(yīng)該也有要求是分層碾壓。
1、明渠:是一種具有自由表面(表面上各點(diǎn)受大氣壓強(qiáng)的作用)水流的渠道。根據(jù)它的形成可分為天然明渠和人工明渠。前者如天然河道;后者如人工輸水渠道、運(yùn)河及未充滿水流的管道等; 2、倒流:水從下游流向上游...
恒定流動(dòng)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要素是否沿流程變化而分成明渠均勻流與明渠非均勾流,非均勻流又有漸變流與急變流之分 。
研究明渠流動(dòng)都要應(yīng)用水流連續(xù)方程。對(duì)恒定均勻流與非均勻新變流,常結(jié)合能量方程進(jìn)行分析;對(duì)非均勻急變流,常結(jié)合動(dòng)量方程進(jìn)行分析 。
重要的問題還要靠水力學(xué)模型試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算方法相結(jié)合來進(jìn)行分析 。2100433B
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河海大學(xué)環(huán)工系汪德爟教授、韓國其博士等共同完成的項(xiàng)目"明渠非恒定流數(shù)值模擬方法研究"獲1990年度水利部科技進(jìn)步理論成果三等獎(jiǎng)。隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,許多實(shí)際水流流動(dòng)問題已可以不再完全依靠物理模型試驗(yàn),而可通過數(shù)值模擬方法加以解決。該課題結(jié)合工程和基礎(chǔ)研究的要求,在充分吸收和消化國內(nèi)外有關(guān)水流數(shù)值模擬方法基礎(chǔ)上,對(duì)明渠中許多復(fù)雜水流問題的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了創(chuàng)新
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《HOH-L-01明渠流量計(jì)原理》 儀器原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo) 北京金水中科科技有限公司 一、測量原理 流量計(jì)有三個(gè)功能:測平均流速、測水深、測水溫。 水溫測量: 其中水溫測量使用溫度探頭,溫度探頭不與水接觸,緊貼儀器外 包裝材料頂部,需要置于水底一定時(shí)間后才能反映實(shí)際水溫。測水溫的目的是 校正超聲波在水中的速度,并修正壓力傳感器所測得的水位值。 水深測量(過水?dāng)嗝婷娣e) :水深測量使用進(jìn)口高精度壓力傳感器,置于儀 器底部,其探頭感應(yīng)部位與水直接接觸;水深測得后,通過渠道段斷面形狀可 求得過水?dāng)嗝婷娣e。 平均流速測量: 流速的測量是通過超聲波探頭(換能器)發(fā)射與接受超生波 信號(hào)并做相應(yīng)的計(jì)算處理而獲得的:流速的測量是通過超聲波探頭(換能器) 發(fā)射與接受超生波信號(hào)并做相應(yīng)的計(jì)算處理而進(jìn)行的: 換能器 1發(fā)射頻率為 f1 的超聲波信號(hào),以一定角度由水下向水面發(fā)射,在碰到水中的懸浮顆?;驓馀?
渠道或天然河道各斷面的流速(或流量)和水深(或水位)隨時(shí)間(t)及地點(diǎn)(S)而變化的水流運(yùn)動(dòng)。亦稱明渠非恒定流。河道中洪水波傳播、水電站日調(diào)節(jié)下游河道流態(tài)、河口潮汐流動(dòng)、堤壩潰決時(shí)的水流運(yùn)動(dòng)等皆為明渠不恒定流。
明渠不恒定流屬于水動(dòng)力學(xué)中的波動(dòng),其特點(diǎn)是波形平緩,L/h>20 (L為波長,h為水深),水深相對(duì)較淺,水的質(zhì)點(diǎn)有平面移動(dòng),稱為淺水移動(dòng)長波。當(dāng)波動(dòng)變化過程緩慢、瞬時(shí)水面坡度很小、流線近于平行的直線時(shí)為連續(xù)波,其水力因素(水深、流量、流速等)是時(shí)間和地點(diǎn)的連續(xù)函數(shù),稱為漸變不恒定流,如河道洪水波及水電站日調(diào)節(jié)不恒定流。當(dāng)波動(dòng)變化過程迅速、斷面上的水深和流速急劇變化、局部瞬時(shí)水面線坡度很陡甚至形成階梯狀時(shí),其水力因素不是時(shí)間和地點(diǎn)的連續(xù)函數(shù),則為不連續(xù)波或立波,稱為急變不恒定流,如潰壩坡或水體突然泄放。
明渠不恒定流研究始于18世紀(jì)。1788年J.L.拉格朗日(J.L.Lagrange)創(chuàng)立淺水波理論。1871年法國D.圣維南(De Saint Venant)根據(jù)質(zhì)量守恒與動(dòng)量守恒原理提出一維漸變不恒定流方程組。
明渠不恒定流的研究方法有水力模型法和數(shù)值計(jì)算法等。目前解決一維不恒定流問題多用數(shù)值計(jì)算法。圣維南方程組為一階擬線性雙曲型偏微分方程,難于直接求解。工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中一般用特征差分或直接差分等數(shù)值計(jì)算法求解。直接差分法又分為顯式差分法與隱式差分法兩類。顯式差分法假定時(shí)段末瞬流態(tài)的沿程變率用時(shí)段初瞬值代替,流態(tài)時(shí)間變率用流段中斷面數(shù)值表示,方程中非偏導(dǎo)數(shù)因子以時(shí)段初瞬流段中斷面數(shù)值代入,因此可根據(jù)前一瞬時(shí)各點(diǎn)的已知量逐點(diǎn)分別求解下一瞬時(shí)的未知量,計(jì)算較簡便。當(dāng)時(shí)間步長Δt與距離步長ΔS足夠小時(shí),這種假定引起的誤差是很小的。隱式差分法不作上述假定,而是聯(lián)解n個(gè)差分方程,同時(shí)求出下一瞬時(shí)各點(diǎn)的未知量,計(jì)算工作量較大,但隱式差分法的穩(wěn)定性比顯式差分法好,近年來應(yīng)用范圍較廣。當(dāng)水力因素隨時(shí)間和地點(diǎn)變化比較緩慢時(shí),不恒定流問題(如洪水傳播)可采用忽略圣維南方程組的慣性項(xiàng)與流速水頭項(xiàng)的簡化法,如瞬態(tài)法或簡化差分法。
上列方程組的求解除需要縱橫斷面及糙率資料外,還需給定起始條件和邊界條件。起始條件為計(jì)算初瞬河道沿程的水深(或水位)和流速(或流量)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。邊界條件為河段兩端斷面的流量過程、水位過程或水位流量關(guān)系數(shù)值。
明渠均勻流是重力和阻力相平衡時(shí)的流動(dòng),其動(dòng)能保持不變,而水頭損失取自勢能的減少。其特性是總水頭線、水面線與渠道底坡線為互相平行的直線,故水力坡度和渠道底坡相等。明渠均勻流的規(guī)律可用謝才公式(
因?yàn)槊髑鶆蛄髦校?i>J=i,所以有:
則流量