探析复式断面中均匀流水力计算

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1、探析复式断面中均匀流水力计算摘要：对于复式渠道的流量计算，前人已经进行过大量的研究，本文采用理论研究与水槽试验结合的方法，探讨复式断面渠道中主槽和滩地之间水流的动量传递定理，应用动量定理导出计算复式断面中均匀流水的公式。关健词：复式断面；主槽；滩地；动量定理中图分类号：TV31文献标识码：A复式断面，通常是由两个或者两个以上的单式断面构成，关于复式断面滩槽水流特性的问题，貌似简单，实际上却是一个复杂的流体力学问题，它主要是主槽和滩地这两股不同流速的水流相互影响作用而形成一种复杂的流动现象。利用传统的明渠均匀流方程不可能准确地模拟复式断面均匀流的输水能力，因为复式

2、河道由于主槽水流与滩地水流的相互作用，水位流量关系将和一般的明渠流有所不同，主槽和滩地之间存在着一对旋涡并且引起两者之间的动量交换，主槽的动量不断地传递给滩地，用来维持滩地的流动，因为滩槽流速的差异性（主槽流速大，滩地流速小），所以在滩槽交互区会形成横向剪切层，并且产生横向的动量交换，动量交换使得主槽的过流能力降低，滩地升高。对于复式渠道中的漫滩水流，必须考虑滩槽之间的动量交换，否则计算结果将有很大的误差。如果把复式断面看作成一单式断面，探析复式断面中均匀流水力计算摘要：对于复式渠道的流量计算，前人已经进行过大量的研究，本文采用理论研究与水槽试验结合的方法，探讨

3、复式断面渠道中主槽和滩地之间水流的动量传递定理，应用动量定理导出计算复式断面中均匀流水的公式。关健词：复式断面；主槽；滩地；动量定理中图分类号：TV31文献标识码：A复式断面，通常是由两个或者两个以上的单式断面构成，关于复式断面滩槽水流特性的问题，貌似简单，实际上却是一个复杂的流体力学问题，它主要是主槽和滩地这两股不同流速的水流相互影响作用而形成一种复杂的流动现象。利用传统的明渠均匀流方程不可能准确地模拟复式断面均匀流的输水能力，因为复式河道由于主槽水流与滩地水流的相互作用，水位流量关系将和一般的明渠流有所不同，主槽和滩地之间存在着一对旋涡并且引起两者之间的动量

4、交换，主槽的动量不断地传递给滩地，用来维持滩地的流动，因为滩槽流速的差异性（主槽流速大，滩地流速小），所以在滩槽交互区会形成横向剪切层，并且产生横向的动量交换，动量交换使得主槽的过流能力降低，滩地升高。对于复式渠道中的漫滩水流，必须考虑滩槽之间的动量交换，否则计算结果将有很大的误差。如果把复式断面看作成一单式断面，则计算的流量低于实际值，如果按照一般的办法将复式断面分割成若干个子断面（主槽和滩地）,然后分别计算各个子断面的水流量，最后再求和，这种方法计算出来的值高于它的实际值。为了改进子断面的流量计算方法，获得更加准确的数据，有的人建议使用不同划分线的方法，也有

5、的人提出在对主槽的计算当中考虑将划分线作为主槽湿周的一部分（相当于计算相交界面上的表观切应力），而在滩地断面计算中则不把划分线计入湿周当中。但是因为表观切应力并不能被合理地计入，因此，断面的流量都没有得到比较好的改善。本文通过总结分析前人的理论资料，使用用动量定理以及主槽和滩地之间的动量输运定理，重新给出了复式断面中均匀流的输水流量计算。1流量计算方法对于复式断面中的水流量计算，前人进行了大量的、复杂的研究（包括解析计算、模型试验以及数值模拟），并且取得了一些成果。1.1断面分割法是Knight等人对断面分割法进行系统的总结。对于有两个滩地的对称复式河槽，断面分

6、割法可划分为4种类型。对应各部分断面的过水能力，采用曼宁公式分别进行计算。在断面分割法中，有两种分割方法：滩槽交界面垂线分割和倾斜线分割。1.2单一河槽法单一河槽法是将复式河槽当作是一个整体，使用曼宁方程直接进行流量计算。用A和x分别表示过流断面的面积和湿周，则水力计算的基本方程表达为：Q=JAxn式中：J是水力比降；n是综合糙率。1.3谢汉祥方法谢汉祥分析漫滩的水流动量交换，从切力传递的特性出发，假定横向动力交换的系数形式与纵向的相同，导出漫滩水流的垂线平均流速横向分布的解析计算公式。公式中所涉及的参数由滩槽交界面垂线平均流速以及其横向梯度连续,滩岸无滑移边界

7、条件确定。1.4等速剖分法等速剖分法是齐清兰等人提出的。这种方法实质是要求各剖分的断面流速相等，各剖分断面之间的分割线可以是假想曲线，各个部分的流速运用曼宁公式进行计算。对于恒定均匀流，被认为各个剖分断面的水力坡度是相等的。1.5断面叠加法断面叠加法的物理意义是复式断面的全部断面流量可以由各部分断面的流量叠加而得。各断面的流量分别运用曼宁方程，断面的糙率使用主槽、滩地的糙率。1.6动量传递法WangWei等人对滩槽分别取微分水体，建立微分水体的力学平衡关系式，对微分水体的沿断面进行横向积分，获得滩槽垂线的平均流速与垂线平均流速（不考虑滩槽动量交换时）之间的关系。

8、它的关系式中有关参数由滩