水力学

1.产生均匀流的条件：
答：1.水流应为恒定流；流量应沿程不变，即无支流；2.渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠；3.粗糙系数沿程不变；另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。
2.若Q，i一定，n取值偏小，渠道过水断面面积A？？
答：A将偏小，无法通过设计流量，水流漫堤，泥沙淤积。
3.若Q，i一定，n取值偏大，渠道过水断面面积A？？
答：A将偏大，最大过流能力超过设计流量，造价高，断面偏大浪费，渠道冲。
4.选定的横断面形状在通过已知的设计流量时面积最小，或者是过水面积一定时通过的流量最大。符合这种条件的断面，其工程量最小，称为水力最佳断面。
5.实用经济断面应满足条件：
1）在一定范围内取较大的宽深比β值；
2）按照选定的β值设计的过水断面面积十分接近水力最佳断面的面积。
6.如果渠道水力计算的结果，发现v允>v不冲，或v允< v不淤，应如何调整？
答.方法一、根据谢才公式，v与i、R和n有关。地形条件可能，也可改变渠线，使之延长或缩短，或者用跌水集中地面高差，来达到改变i的要求。
方法二、改变v不冲或v不淤来实现。例如在渠首设置沉沙池，渠面护面等就具有这种作用。
7.缓流、急流的特点！
答：缓流、水流流速小，水势平稳，遇到干扰，干扰的影响既能向下游传播，又能向上游传播。
急流、水流流速大，水势湍急，遇到干扰，干扰的影响只能向下游传播，而不能向上游传播。
8.Es 和E的区别与联系？
答：定义不同—基准面选择不同，E和Es两者相差一个渠底高程，Es与渠底高程无关
Es—以断面与渠底相交点所在的水平面为基准面
E—以任意水平面为基准面
E沿程一定是逐渐减小的，而Es则不一定，当Q、A、沿程不变时，Es是水深h的函数，因此它可能增大、可能减小、也可能不变。
9.由临界底坡的定义和计算公式可以得出以下结论：
答：临界底坡是对应于渠道中某一个流量而言的。流量改变，临界底坡的大小也随之改变。临界底坡与渠道的实际底坡无关。它仅仅是为了计算和分析的方便而引入的一个假想值。临界底坡只存在于正坡渠道上。根据定义，临界底坡是使均匀流恰为临界流时的底坡，而均匀流只能产生于正底坡的渠道上，平坡和逆坡渠道上不可能形成均匀流。

7.5 试分析：
(1)断面单位能量ES与单位重量液体的总能量E有何区别?为什么要引入这一概念?
(2)明渠均匀流ES和E沿程是怎样变化的?
(3)明渠非均匀流ES和E沿程是怎样变化的?
思考题
(1)基准面选取（定义）不同，变化规律不同，引入断面比能是为了从能量角度来分析流态。(2)明渠均匀流ES沿程不变；E沿程减小。(3)明渠非

均匀流ES可能增加也可能减小，E沿程减小。


7.7 试分析:(1)在糙率n沿程不变的棱柱形的宽矩形断面渠道中,当底坡i一定时,临界底坡ik随流量怎样变化？(2) 如果原来为均匀缓流，当流量增加或减少时，能否变成均匀急流？(3) 如果原来为均匀急流，当流量增加或减少时，能否变成均匀缓流？
答：(2)如果原来为均匀缓流，即底坡小于ik，当流量增加时，ik减小，所以有可能变为急流均匀流。当流量减小时，ik增加，所以不可能变为急流均匀流。
(3)如果原来为均匀急流，即底坡大于ik，当流量增加时，ik减小，所以不可能变为缓流均匀流。反之，当流量减小时，ik增加，有可能变为缓流均匀流。


7.9 缓流、急流、临界流是否只能发生在缓坡、陡坡、和临界坡上？为什么？
答：错误。判断标准一定是在均匀流情况下才成立。流量的改变，将使得临界底坡发生改变，进而缓坡不一定永远是缓坡，陡坡也不一定永远是陡坡。
思考题
7.12棱柱体渠道中发生均匀流时，在iik的渠道中只能发生急流。这种说法对否？为什么？
答：正确.

7.10缓流和急流的概念与渐变流、急变流的概念之间有何区别?能否有渐变缓流、渐变急流、急变缓流、急变急流这些流动?
答：前者是明渠流态，后者是根据流线的变化剧烈程度对水流进行的划分。没有必然联系。可以有这些流动。

水跃流动特征：
答：水跃上部：水面剧烈回旋的表面旋滚区。水跃下部：主流区，流速由快变慢，急剧扩散。

J(h)min对应的水深即为临界水深hk
当h>hk时，J(h)随h的增加而增加；当h当流量Q和渠道断面形状、尺寸一定时，跃前水深越小、跃后水深越大。


水跃发生的位置及形式？
答：当hc”>ht时，跃前断面在c-c断面的下游，称为远离式水跃；
当hc”当hc”=ht时，水跃恰好从c-c断面开始发生，称为临界式水


a、c区为壅水曲线；b区为降水曲线当h→h0时，以N-N线为渐近线；当h→hk时，与K-K线有成垂直的趋势；当h→∞时，以水平线为渐近线前进当时，与线有成垂直的趋势；

分析水面曲线的注意点（一）：
答：以上水面线的分析原则只适用于棱柱体非均匀渐变流渠道，而在非棱柱体或非均匀急变流渠道中不适用。
无论何种底坡，每一个流区只可能有一种确定的水面曲线型式，即同一流区不可能出现两种水面曲线。如缓坡上的a区，只能是型壅水曲线，不可能有其它型式的水面线。
分析、计算水面线必须从控制断面(即已知水深的断面，相应的水深称为控制水

深)开始。因为急流中的干扰波不能向上游传播，所以急流的控制断面在上游；而缓流中的干扰波能向上游传播，所以缓流的控制断面在下游。

堰流及闸孔出流的水力特性？
答：从底部或两侧对明渠水流施加束缩而使水流变形的建筑物，称为堰。
在顶部对水流施加束缩而使水流变形的建筑物称为闸。
相同点：能量转化；水头损失
不同点：水面线；过流能力


堰流与闸孔出流的判别
当闸底坎为平顶堰或平底时
为闸孔出流e/H<=0.65
为堰流e/H>0.65
当闸底坎为曲线型堰时
为闸孔出流e/H<=0.75
为堰流e/H>0.75


Hd的选取:
答：若选择最大堰顶水头作为设计水头，则溢流堰会经常处于低水头的条件下工作，此时虽然堰面不出现负压较安全，但泄流能力小。同时由此设计的剖面偏肥，不经济。
若选最小堰顶水头作为设计水头，虽然可得经济剖面，并且泄流量大，但溢流堰会经常处于高水头的条件下运行，堰面容易产生较大负压而危及堰的安全。
一般工程设计中，采用的设计水头为：



淹没出流的条件是：首先，hs>0且，hs>hc"这是形成淹没出流的首要条件；其次，hc>hk这是形成淹没出流的必要条件。



泄水建筑物的特点:流速高、动能大、单宽流量大。

泄水建筑物的两个任务：一是如何衔接上下游两种不同流态水流的问题；二是如何消除或减小下泄水流的巨大动能问题。


池长设计流量的选择：池长的设计流量，是指要求池长为最大值时所对应的流量。由消力池计算公式可知，池长与完全水跃长度成正比，而一般情况下水跃长度随着流量的增大而增大。所以，池长的设计流量应选择建筑物通过的最大流量。


流场理论是将运动液体视为一个场(所谓场，即为每一点都对应着某个物理量的确定值的空间)。在不同时间内，场内不同的空间位置有不同的运动要素，这些运动要素在x、y、z三个坐标方向均有变化，这是液体运动最为普遍的形式。