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圆形明流洞因为受力条件好、便于机械化施工、水力条件好等多方面的优点,在水利水电工程中应用广泛。在工程设计中大多按恒定流理论进行计算,但由于控制和事故等原因,不可避免的会出现非恒定流,从而可能造成事故隐患。因此通过对圆形明流洞输水水力瞬变问题的研究,提出科学方案,解决输水工程中这些实际问题,是一项非常有意义的课题。本论文对圆形明流洞水力瞬变问题的研究将包括以下几个方面:(1)浅水理论的推导基于高阶浅水理论,从Reynolds方程出发,通过方程组的初步简化、经沿宽度方向积分、沿z方向积分、方程组无量纲化等步骤将三维流方程组化为沿x方向的一维流方程组,从而得到圆形明流洞高阶浅水理论方程组。使一阶浅水理论可视为高阶浅水理论的特例。(2)数值计算方法列举了几种常用的数值计算方法,这些方法是水力学数值计算的基础,本文采用的是直接差分法。在实际运算中,浅水理论方程组的差分方程推导较为繁琐,尤其是对方程中的高阶项的处理尤为困难,因此本文运用Mathemaitca软件以辅助较复杂的数学运算。(3)孤立波及传播计算本文考虑均匀流与传入孤立波叠加引起的非恒定流问题,进行各相关水力要素水力计算时,根据圆洞工作的初始条件和边界条件,利用高阶浅水理论方程组求出洞内水流的流速、流量及其水深等要素,对结果进行分析,为圆洞输水工程的安全运行提供参考。(4)程序设计本文用符号运算软件Mathematica编制程序,实现对高阶浅水理论方程组的数值求解。