水力学明渠恒定均匀流

《水力学明渠恒定均匀流》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠恒定均匀流：明渠恒定流中，流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变。5明渠恒定均匀流Openchannelflow明渠水流分类：明渠恒定流明渠非恒定流明渠均匀流明渠非均匀流葛洲坝壶口瀑布红旗渠在明渠均匀流中:1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响梯形断面Bbhm1△矩形断面bhU形断面rh圆形断面h河道的不规则断面水力半径：断面面积：A湿周：χ边坡系数m：m=ctanα反映渠道两侧倾斜程度,6断面形状水面宽度B过水断面积A湿周x水力半径R*式中以弧度计常见的

2、过水断面的水力要素(a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的底坡明渠渠底纵向倾斜的程度i=i==sinθ≈tanθl为渠长，Δz为高差断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道；反之,称为非棱柱体渠道。5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：1.均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。2.过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。断面不变、二力平衡、三坡相等4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二

3、.明渠均匀流的发生条件1．水流必须是恒定流。2．流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。3．渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。长直顺坡棱柱体渠道渠道趋向产生均匀流：G分>Ff阻→存在流向的加速度a，v↑，A↓→G分↓，→G分=Ff阻；G分

4、断面。5.4水力最佳断面及允许流速1.水力最佳断面当渠道的底坡i、粗糙系数n及过水断面积A一定时，湿周愈小（或水力半径R愈大）通过流量Q愈大；或当i、n、Q一定时，湿周愈小（或半径R愈大）所需的过水断面积A也愈小。由几何学可知，面积一定时圆形断面的湿周最小，水力半径最大；半圆形断面是水力最佳的。13工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数m由边坡稳定要求确定。在m已定的情况下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。根据水力最佳断面的条件：即:β为宽深比14上式表明：梯形水力最佳断面的b/h值仅与边坡系数m有关。即梯形水力最佳

5、断面的水力半径等于水深的一半。矩形断面可以看成为m=0的梯形断面。此时结论同样成立。并有b=2h梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。矩形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。不难证明：梯形或矩形最佳水力断面实际是半圆的外切多边形。2.允许流速允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速上的限制，包括不冲流速v’、不淤流速v’’和其它运行管理要求的流速限制。—不冲允许流速—不淤允许流速实用经济断面（水力最佳经济断面）：水力最佳断面一般窄深，虽工程量小，但不便于施工和维护。以水力最佳断面为基础，考虑施工方便经济的断面叫实用经济断面。实用经济断面

6、接近最佳水力断面。例5-1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数n为0.025，边坡系数m为1.25，底坡i为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速为0.4m/s）解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算谢才系数，整理后可得当为水力最佳断面时:可得查表5-3（二）,R=h/2=0.745m不冲允许流速:已知不淤流速:满足不冲刷不淤积的条件。5.5渠道水力计算类型对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护面材料的种类，用经验方法来确定。因此，工程实践

7、中所提出的明渠均匀流的水力计算问题，主要是b、h、i、Q四个量之间的关系计算，有下列几种类型：1.已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。2.已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。3.已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。4.已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。5.已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。例5-2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数m=1.5，底宽b=

8、34m，糙率n=0.03底坡i为，渠底至堤顶高差为3.2m。（1）若电站引用流量Q为67m3/s。今因工业发展需要，要求渠道供给工业用水，试计算渠道在保证超高为0.