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《等寬明渠交匯口水流一維數學模型》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、水利學報2004年8月SHUILIXUEBAO第8期文章編號:0559-9350(2004)08-0026-07等寬明渠交匯口水流一維數學模型茅澤育羅昇趙升偉張磊(清華大學水利水電工程系北京100084)摘要本文采用理論分析及試驗手段對等寬明渠緩流交匯水流進行了研究對交匯口流動的各種影響因素進行了量綱分析確定表征流動特性的主要物理量根據水力學基本理論建立了交匯口上下游水深比的普遍方程方程中考慮了動量修正系數動能修正系數支流匯入角等影響因素的影響并對水深比與交匯角流量比及水流Fr數之間的變化關系進行了討論解析表達式的計算結果與實
2、驗結果符合較好關鍵詞明渠交匯口水深比流量比等寬渠道緩流中圖分類號TV133文獻標識碼A對于一般的順直河道流量與水位存在單一對應關系但當有支流匯入時交匯口上下游的流量與水位不再呈單一對應關系支流匯入主流后由于干支流的相互混摻和頂托在交匯口上游水面壅高交匯[12]口下游附近形成水流分離區(qū)及斷面環(huán)流現象如圖1所示文獻[3]對明渠交匯口三維流動特性進行了試驗研究文獻[]對明渠交匯口水流分離區(qū)形狀及尺寸進行了理論分析和試驗研究提出了分離區(qū)收縮[]系數及能量損失系數的解析表達式1944年Taylor對矩形斷面明渠交匯水流首先進行了試驗研究
3、并應用動量方程得出了上游支渠下游干流斷面水深與流量比的關系表達式此后不少研究工作者曾針對各種不同幾何形狀交匯口及不同水流條件分別從能量方程動量方程及勢流理論等途徑對匯流口流動的水[610]深變化情況進行了研究探索得出一維簡化近似數學表達式但是正如許多研究工作者指出為了正確分析交匯口的流動特征在計算支流匯入干流動量時必須考慮支流入匯斷面水流入射角的影響還有以往的大多研究成果并沒有考慮動量修正系數和動能修正系數影響(即流速分布影響)不考慮支渠兩側邊壁的動水壓力影響也是導致現有各種預測模型與試驗結果不符的主要原因有鑒于此本文主要目的
4、在于采用水力學基本理論及試驗手段對交匯口水流控制體進行了研究提出了等寬明渠緩流交匯口水流計算的一維綜合數學模型1交匯口流動影響因素的理論分析文中符號如圖1所示下標ubdtc分別表示過流斷面ABGH分離區(qū)下游附近斷面IJ支流入匯斷面EF最大收縮斷面CD各斷面流量分別為QuQbQdQtQc水深分別為YuYbYdYtYc渠寬分別為WuWbWdWt(=Wb/sin)Wc(=Wd)對于等寬渠道則有Wu=Wb=Wd=Wtsin為收縮系數(01.0流量比RQ=Qb/Qd水深比YYu/Yd為幾何交匯角為水深平均支流匯入角?為支流匯入偏離角收稿
5、日期:2004-03-09基金項目:國家自然科學基金資助項目(50079008)作者簡介:茅澤育(1962-),男,浙江人,副教授,主要研究方向為水力學及河流動力學.1水利學報2004年8月SHUILIXUEBAO第8期圖1交匯口水流動特征示意[3]大量研究結果表明交匯口上游水深Yu和Yb與以下一些因素有關即干支流流量Qu(=Qd-Qb)Qb干支渠寬度WuWb交匯角重力加速度g交匯口上下游渠底坡度下深水深Yd及渠道寬度Wd它們之間關系可表示為F1(Yu,Yb,Qb,Qd,Wu,Wb,Yd,Wd,g,,iu,ib,id)=0(1
6、)應用量綱分析的定理取幾何學變量Yd運動學變量Qd作為獨立變量得無量綱數5YuYbQbWuWbWdYdg1π=,π=,π=,π=,π=,π=,π==,其中123456722YdYdQdYdYdYdQdWd2F2rdYd2QdF=因此方程(1)可寫成rd23gWYdd?????YuYbQbWuWbWd1?F,,,,,,,θ,i,i,i=0(2)2?2ubd??YdYdQdYdYdYdWd2?F?Y2rd??d?若令交匯口上游干支渠寬度分別為Wu=k1Wd,Wb=k2Wd則式(2)變成?????YuYbQbWdWdWd1?F,,,
7、k,k,,,θ,i,i,i=02?YYQ1Y2Y2ubd??dddddYdWd2?F?Y2rd??d?或2水利學報2004年8月SHUILIXUEBAO第8期?????YuYbQbWd1?F,,,,,θ,i,i,i,kk=02?2ubd12??YdYdQdYdWd2?F?Y2rd??d?[510]根據大量的試驗研究結果交匯口上游附近的干支渠水深近似相等即Yu=Yb則上式變成?????Wd1?FY,R,,,θ,i,i,i,kk=02?Q2ubd12??YdWd2?F?Y2rd??d?或Y=F3(RQ,Wd/Yd,Frd,θ,iu
8、,ib,id,k1k2)對于干支渠等寬的簡單情形k1=k2=1同時忽略底坡影響則有Y=F4(Wd/Yd,Frd,RQ,θ)(3)方程(3)表明對于等寬平底(或底坡影響可忽略不計)明渠交匯水流交匯口一維水流模型可由Y,RQ,Frd和下游寬深比Wd/Yd來表征或YYu/Yd是下游
