第7章节明渠均匀流.ppt

水力学多媒体课件讲稿 第七章 明渠恒定均匀流 一、概述 有压管流：①具有封闭的湿周； ②压力是流动 的主要动力。 明渠流： ①具有自由水面（即水面压强 为大气压）； ②重力是流动的主要动力； ③明渠水面线即测压管水头线。 四、其他问题 梯形断面的边坡系数 m 当给定了边坡系数m，水力最优断面的宽深比b/h是唯一的。 水力最优断面往往为“窄深形”，达不到经济的目的。 （二）渠道的允许流速 （三）复式断面渠道的水力计算 由于断面各部分流速差异很大，常采用分算法： （四）湿周上糙率不同的渠道水力计算 ② nmax/nmin＜2.0， * Transportation College, Southeast University * Transportation College, Southeast University * Transportation College, Southeast University * Transportation College, Southeast University （一）明渠的底坡 底坡：渠底高程沿水流方向单位距离的 降落值称为底坡，以i表示。 底坡线：沿渠道中心线所作的铅直面和 渠底的交线称为底坡线（渠底线、河底线）。 水面线：沿渠道中心线所作的铅直面与水面 的交线则称为水面线。 水面线 底坡线 θ i 0 顺坡、正坡 i = 0 平坡 i 0 逆坡、负坡 垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线称为明渠的横断面。 主槽 滩地 梯形断面 河道断面 矩形断面 反映断面的形状特征值称为断面水力要素。 b h 1 α m B 底宽 水深 边坡系数 水面宽 过水断面面积 湿周 水力半径 （二）明渠的横断面 梯形断面明渠 是最常见的人工渠道。其基本几何参数为水深h、底宽b和边坡系数m。 边坡系数 ，由土壤的力学性质决定。 过水断面面积 水面宽 湿周 水力半径 。当m=0，为矩形断面。 棱柱体 棱柱体 非棱柱体 2 2 3 3 1—1 2—2 3—3 1 1 （三）棱柱体明渠和非棱柱体明渠 1、断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道， 称为棱柱体渠道。 2、断面形状、尺寸或底坡沿程改变的渠道，称为非棱柱体渠道。 A=A(h), 多为人工渠道。 A=A(h,s) 二、明渠均匀流的特性和形成条件 Ff = Gs 匀速运动 Ff Gs 加速运动 充分长直的棱柱体正坡(i 0)明渠 加速运动 产生均匀流的条件： 水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。 渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，糙率系数沿程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。 1.过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。 2.过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。 3.总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即i=Jp=J 明渠均匀流的形成条件 ①恒定流Q =const; ②棱柱体渠道; ③正坡i＞0; ④棱柱体明渠足够长； ⑤糙率n沿程不变； ⑥没有建筑物的干扰。 三、明渠均匀流水力计算 明渠水流一般属于紊流粗糙区（阻力平方区），hf ∝v2 其基本公式有三个： ①连续方程 ②谢才(Chezy)公式 ③曼宁(Manning)公式 明渠均匀流的水力计算有3种类型： 1）验算已设计好渠道的输水能力： 2）确定渠道的底坡：已知流量和渠道的断面形状、尺寸。 以上两种方法均可直接用公式。 3)设计渠道断面尺寸 这一类型分3种情况，都必须试算（以梯型断面为例：流量、糙率、底坡、边坡系数均已知） 。 (1)已知h0 ，求b 设b计算Q，点绘曲线，内插求b 。 （2）已知b，求h0 试算方法同（1） 设h0计算Q。点绘曲线，内插求h0 (3) 已知 求 b 和 h0 方法同前，设b（或h0），由计算h0（或b），点绘曲线，内插h0（或b）。 上述问题也可以通过图解法来求得。具体见附录A 例：某梯形断面渠道,已知流量Q=3m3/s ，边坡系数m=1.0，底坡i=0.0049，粗糙系数n=0.0225 ，底宽b=1m 。 求：均匀流动时的正常水深h0（简称正常水深