1、第 页学院教 师 授 课 教 案课程名称： 水力学 20 年至 20 年第 二 学期第 二十三 次课班 级： 编制日期：20 年 月 日教学单元（章节）：第七章 明渠恒定非均匀流 7-1 概述7-2 明渠非均匀流的一些基本概念（ 1）目的要求：掌握明渠水流的流态及断面平均单位能量 Es。知识要点：掌握明渠水流的流态。技能要点：明渠水流的流态判别及断面平均单位能量 Es。教学步骤：（讲授）（提问式讨论）（讲授）（作业布置）教具及教学手段：多媒体作业布置情况：7-2课后分析与小结：授课教师： 授课日期：20 年 6 月 9 日第 页教 学 内 容 板书或旁 注第七章 明渠恒定非均匀流7-1 概述一
2、、明渠恒定非均匀流运动要素随流程而变化。 iJP二、明渠恒定非均匀流的分类1、明渠恒定非均匀渐变流 1)2水 深 沿 程 逐 渐 增 加 壅 水 曲 线 ；） 水 深 沿 程 逐 渐 减 小 降 水 曲 线 。2、明渠恒定非均匀急变流 ） 水 深 沿 程 急 剧 增 加 水 跃 ；） 水 深 沿 程 急 剧 减 小 水 跌 ；7-2 明渠非均匀流的一些基本概念（1）一、干扰波的传播与明渠水流的三种流态（一）明渠水流的三种流态c， 缓 流 ；， 临 介 流 ；， 急 流 。式中： 断面平均流速（m/s） ； c干扰波的相对波速（ m/s） 。（二）干扰波的相对波速矩形明渠： c= gh h水深。
3、任意断面形状的明渠： =gh， 缓 流 ；， 临 介 流 ；， 急 流 。h平均水深: h= BA,A过水断面的面积；B水面宽度。第 页教 学 内 容 板书或旁 注第七章 明渠恒定非均匀流（三）佛汝德数 Fr: 令 r= hg: 佛汝德数, h平均水深: h= BA。当：1、 F= 1,缓流； 2、 Fr= g=1,临界流；3、 r= hg1,急流。 = h= 平 均 势 能平 均 动 能2二、断面单位能量（断面比能） sE:1、单位重量水体总机械能 ：20cosZhg1、 断面单位能量（断面比能） sE:2当 较小( 6, hcos: 22s QEgA3、断面单位能量曲线（断面比能曲线）：2
4、2s QEhgA令 hE, = g2, sE= h+ 作曲线 s（如图 7-4） ，则有：第 页教 学 内 容 板书或旁 注1）上支： dhEs0, s随 增大而增大；2）极小点：s=0, khmin；3）下支： dhEs0, s随 增大而减小。三、临界水深 k：s=0, khEmin故 gQ2= kBA3临界水深计算公式第 页学院教 师 授 课 教 案课程名称： 水力学 20 年至 20 年第 二 学期第 二十四 次课班 级： 编制日期：20 年 3 月 22 日教学单元（章节）：第七章 明渠恒定非均匀流7-2 明渠非均匀流的一些基本概念（ 2） ；7-3 水跃及水跌（1）目的要求：掌握临界
5、水深的计算及底坡的分类，了解水跃及水跌现象。知识要点：临界水深的计算及底坡的分类技能要点：水跃及水跌现象。教学步骤：（讲授）（提问式讨论）（讲授）（作业布置）教具及教学手段：多媒体作业布置情况：7-4课后分析与小结：授课教师： 授课日期：20 年 6 月 16 日第 页教 学 内 容 板书或旁 注7-2 明渠非均匀流的一些基本概念（2）有：1、上支： dhEs0, k， Fr1,缓流； 2、中间： dhEs=0, kh， Fr=1,临界流；3、下支： dhEs0, k， Fr1,急流。说明：临界水深 kh：与过水断面形状、尺寸、流量有关；与底坡 i、糙率 n无关。（一）任意断面形状的明渠临界水
6、深 kh的计算:1、试算法： gQ2= kBA3=f( ),设 k；2、图解法：作 kBA3=f(h)曲线。（二）等腰梯形、圆形断面明渠临界水深 kh的计算:1先计算底宽相等的矩形 kh: =32gq, = bQ， 单宽流量(m3/s.m)；2计算 bmk；3、有附录查出 k；4、求出梯形断面 kh。（三）矩形断面 hk: BA= q= b， 单宽流量(m 3/s.m) k=32gq四、临界底坡、缓坡与陡坡1、临界底坡 ki： Q=AOC0 iR，令 0h= k 时， = , ki临界底坡。hhh第 页教 学 内 容 板书或旁 注则 kkiRCAiQ0 又 g2= kB3故 ki= kC2临界
7、底坡计算公式说明：临界底坡 与过水断面形状、尺寸、糙率、流量有关；临界底坡 ki与实际底坡 i无关。2、缓坡与陡坡1）当 i k，缓坡， kh（缓坡上产生均匀流一定是均匀缓流） 。2）当 ，陡坡， （陡坡上产生均匀流一定是均匀急流） 。3）当 i= k，临界坡， k（临界坡上产生均匀流一定是临界均匀流） 。第 页教 学 内 容 板书或旁 注7-3 水跃及水跌（1）一、水跌现象与控制断面1水跌：当水流从缓流过渡到急流，即从 kh k，水面急剧降低的现象，称为水跌。2特点：控制断面以临界水深 hk 通过分界面。图 7-8跌坎处；图7-9缓坡变陡坡处；图 7-10从水库流入陡坡渠道处。二、水跃（一）
8、水跃现象1水跃当水流从急流过渡到缓流，即水深从 kh突然变化为kh，水面急剧升高的现象，称为水跃现象。2特点：水跃区=表面漩滚区+底部主流区； 21h跃 后 水 深跃 后 断 面 跃 前 水 深跃 前 断 面： “,为共轭水深。（二）棱柱体平底明渠的水跃方程：本处不推导公式，只介绍公式的意义与应用。2211gAQhgAhcc或 “J水跃方程第 页学院教 师 授 课 教 案课程名称： 水力学 20 年至 20 年第 二 学期第 二十五 次课班 级： 编制日期：20 年 3 月 25 日教学单元（章节）：第七章 明渠恒定非均匀流7-3 水跃及水跌（2）7-4 明渠恒定非均匀渐变流基本方程式目的要求
9、：1了解水跃现象；掌握 共轭水深、水跃长度的水力计算；2了解明渠恒定非均匀渐变流基本方程式；知识要点：共轭水深、水跃长度的水力计算。技能要点：明渠恒定非均匀渐变流基本方程式；教学步骤：（讲授）（提问式讨论）（讲授）（作业布置）教具及教学手段：多媒体作业布置情况：7-7课后分析与小结：授课教师： 授课日期：20 年 6 月 23 日第 页教 学 内 容 板书或旁 注7-3 水跃及水跌（2）（三）水跃函数曲线 gAQhJc2（）证明：（） “,为共轭水深： 大小 “,h； 小大 “,。（四）矩形断面棱柱体平底明渠水跃共轭水深的计算1、 2 3 81:hqgb2、 2 3 2 22318():()k
10、khqhgFrh （五）水跃长度 jl的计算：1、欧拉-佛托斯基公式 jl=6.9( “)2、吴持恭公式 j= 32.01“(0Frh（六）水跃的消能率与水跃类型当 1 Fr11.7 时,波状水跃，消能率很小；当 1.7 2.5 时，弱水跃，消能率 jK=20%；当 2.5 r4.5 时，摆动水跃，消能率 j=45%；当 4.5 F9.0 时，稳定水跃，消能率 j=45%70% ；当 9.0 r时，强水跃，消能率 jK70% ；教 学 内 容 板书或旁 注第 页7-4 明渠恒定非均匀渐变流基本方程式列能量方程得：2fjidlhdh明渠恒定非均匀渐变流基本方程式7-5 棱柱体渠道中非均匀渐变流水
11、面曲线的定性分析（1）一、建立水深沿程变化的微分方程 2fQdhlK，或2J， iKQBdhAlfhfA0, 201Fridl棱柱体正坡明渠水深沿程变化的微分方程二、水面线的分类几个概念 N-N 线：以正常水深 h0 绘出的均匀流水面线。 K-K 线：以临界水深 hk 绘出的水面线。 明渠底坡分类：正坡(i0) 能发生均匀流 平坡(i=0) 不能发生均匀流 反坡(i0) 不能发生均匀流 教 学 内 容板书或旁注陡 坡临 界 坡缓 坡kii第 页各种底坡上的水流分区缓坡上的水面曲线陡坡上的水面曲线教 学 内 容板书或旁注第 页临界坡上的水面曲线平坡上的水面曲线反坡上的水面曲线明渠渐变流共 12 条水面曲线。实际水深可被控制在任何一个流区，每一流区的水面线型式都是唯一的。教 学 内 容板书或旁注第 页
