水力学：第七章 明渠恒定均匀流.ppt

第七章明渠恒定均匀流水力学多媒体课件讲稿一、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。（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θi0顺坡、正坡i=0平坡i0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。bh1αmB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22331—12—23—311（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FfGs加速运动充分长直的棱柱体正坡(i0)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h0）。解：根据谢才—曼宁公式，并代入梯形断面水力要素，有设h=0.5m，0.75m，1.0m，计算相应的Q值如下表h(m)0.50.751.0Q(m3/s)1.072.294.03h(m)Q(m3/s)1.02.03.00.00.00.50.750.251.0从曲线上查得：当Q=3m3/s时，h0=0.86m。四、其他问题（一）水力最佳断面（水力最优断面）所以除外，Q的大小取决于断面的形状和尺寸。底坡i根据地形条件或技术上的考虑选定。糙率n取决于渠壁材料或土质。由谢才公式知：Q与及断面形状和尺寸有关。水力最佳断面从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状在通过已知流量