中南大学《流体力学》第六章明渠恒定流详解.ppt

第6章 明渠恒定流 常见渠道断面形式 §6.2 明渠均匀流 一、明渠水流运动的一般分析 二、明渠均匀流的形成条件 1. 明渠均匀流只可能发生在顺坡的棱柱形渠道中,并且底坡i要在较长一段距离内保持不变。 （是重力流，依靠重力分力驱使水流运动，保证流动流向必须有恒定不变的作用力。平坡、逆坡中不可能产生均匀流。） 2. 必须是长而直的棱柱形渠道。 （避免象弯管、阀门、滚水坝、桥孔等局部阻力对水流产生影响，而导致非均匀流） 3. 渠道表面的粗糙系数应沿程不变。 （因为粗糙系数决定了阻力的大小，变化，阻力变化，有可能成为非均匀流。） 4.渠道中水流应是恒定流。即Q=常数。 （否则，α和ν都会变化。） 三、明渠均匀流的特征 1.明渠均匀流为匀速流、等深流，动能沿程不变，而势能沿程减少，表现为水面沿程下降，其降落值恰好等于水头损失。 2.明渠均匀流是重力沿流向的分力与阻力相平衡时的流动。 3. 明渠均匀流具有 渠道底坡线//水面线（测压管水头线）//总水头线 1.连续性方程 2.谢才公式 式中谢才系数　　　　　　　　　（满宁公式） 　　　 　或　　　　　　　　　 （巴甫洛夫斯基公式） 　　　　　 定义 当 一定时，使渠道的过流能力 ， 或在Q、i、n一定时，A=Amin的渠道断面，称为明渠水力最优断面。 优化目标函数 分析可知，当 一定时，使渠道的过流能力 ， 必有 ，故选湿周　 为优化目标函数． 　　　　　　　 §6.2 明渠均匀流 说明： 明渠水力最优断面渠道的水力半径等于水深的一半； 明渠水力最优断面渠道并不一定是技术经济最优渠道； 明渠水力最优断面渠道一般适用于中小型渠道设计． 　　 §6.2 明渠均匀流 五、明渠水力最优断面和允许流速 2.允许速度 §6.2 明渠均匀流 五、明渠均匀流水力计算类型 1 .验算渠道的通过能力Q，已知 m b h n i,求Q §6.2 明渠均匀流 五、明渠均匀流水力计算类型 2 .求正常水深h0 ， 已知 m b n Q i §6.2 明渠均匀流 五、明渠均匀流水力计算类型 3 .求渠道底宽 b ， 已知 m h0 n Q i §6.2 明渠均匀流 五、明渠均匀流水力计算类型 4 .求渠道底宽 b 和h0 ， 已知 m β n Q i §6.2 明渠均匀流 五、明渠均匀流水力计算类型 5 .求渠道底坡i ， 已知 m h0 b n Q §6.3 无压圆管均匀流 §6.4 明渠非均匀流 一、 明渠水流的两种流态 二、 缓流和急流 二、 缓流和急流 二、 缓流和急流 三、 流态判别方法 Es沿水深的变化规律 (断面比能曲线) 6、临界水深及其计算 A .定义 相应于最小断面比能时的水深，称为临界水深。 B.临界流方程 上式一般需试算求解。但对于矩形断面 比较：均匀流水深（正常水深） 临界水深 §6.3 明渠水跃 §6.3 明渠水跃 根据Fr数对水跃分类 §6.3 明渠水跃 四、水跃的应用 §6.3 明渠水跃 五、水跃计算（只研究完整水跃） 假定：①.水跃段长度不大；忽略边壁对水流的摩擦阻力； ②.跃前、跃后断面为渐变流断面； ③.跃前、跃后断面的动量修正系数相等，即 §6.3 明渠水跃 1.棱柱体明渠完整水跃的基本方程（动量方程） 　设水跃函数 　则水跃方程可写成 　 　 　式中　　　　　　 为水跃共轭水