明渠恒定流课件.ppt

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1、第八章明渠恒定流引水渠苏伊士运河明渠水流根据其运动要素是否随时间和流程变化可分为：明渠:人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。特征：明渠流具有自由表面，又称无压流。研究内容:明渠水流特征、明渠输水能力的计算、明渠设计应用：排水渠道、排水管道。恒定均匀流√恒定非均匀流√非恒定均匀流×非恒定非均匀流(专题）棱柱型渠道:断面形状、尺寸、底坡沿程不变的渠道。非棱柱型渠道:断面形状沿程改变，断面尺寸改变，或底坡沿程改变的渠道。8.1明渠的类型1.按纵向几何条件划分:判断：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能形成均匀流。(错误)

2、A=f(h)A=f(h，s)（1）顺坡渠道：（2）平坡渠道：（3）逆坡渠道：2.按底坡的变化划分在纵剖面上，渠底是一条斜直线，该线的坡度即为渠道底坡水流的过流断面？可以取铅垂面，水深h在铅垂线上量测。3.按横断面几何形状分类梯形断面渠道、矩形断面渠道、圆形、半圆形、复式断面渠道梯形渠道过水断面的水力要素水面宽度:过流断面面积:湿周:水力半径:底宽:水深:边坡系数：边坡系数表（m）土的种类边坡系数土的种类边坡系数粉沙砾石、砂砾石沙壤土风化岩密实沙壤土、黄土、粘壤土未风化岩(1)过流断面面积,水深沿程不变。(2)过流断面平均流速及断面流速

3、分布沿程不变。（3）底坡线、水面线、总水头线三线平行。即：8.2明渠均匀流的特征及形成条件8.2.1明渠均匀流的特征（4）水体重力沿水流方向分力等于固体边壁对水流的摩阻力。8.2.2明渠均匀流产生的条件(1)恒定流，无支流流出或汇入(2)长直棱柱形渠道,且糙率不变(3)顺坡渠道,即(4)无建筑物的局部干扰选择：从作用力的角度分析，在下列渠道中能产生均匀流的是：你的回答：A.平坡渠道B.顺坡渠道C.逆坡渠道D.非棱柱形平坡渠道明渠均匀流中，∵8.3明渠均匀流基本公式明渠水流一般属于紊流阻力平方区。式中：C为谢齐系数,R为水力半径，J为水

4、力坡度谢齐公式K---流量模数，单位与流量相同（1）曼宁公式:（2）巴甫洛夫斯基公式:谢齐系数C1.明渠的分类：棱柱形渠道的概念矩形渠道、梯形渠道的水力要素。2.明渠均匀流特征和形成条件均匀流计算公式水力最优断面、允许流速的概念上讲重点：定义:在底坡、糙率、过流断面一定的前提下，明渠输水能力最大的那种断面（形状、尺寸）。8.4水力最优断面与允许流速8.4.1水力最优断面湿周最小的几何形状：圆形对于梯形断面渠道：二阶导数即，为湿周最小的断面化简，需满足水力最优宽深比（1）在边坡系数m确定后，宽深比满足上式条件的渠道，为水力最优。（2）矩

5、形渠道水力最优断面的底宽应是水深的2倍。（3）按水力最优断面设计的渠道属窄深型渠道，施工、维护困难。水力最优断面是根据流体力学原理建立的，工程上不一定最优。（4）只适合小型渠道。大、中型渠道不宜采用。有通航要求的渠道，还要考虑通航对水深的要求。说明不冲流速:渠道免遭冲刷的最大流速。不淤流速:渠道免遭淤积的最小流速。8.4.2允许流速设计渠道，还应使渠道的设计流速不应大于使渠床遭受冲刷，也不可小到使水中悬浮的泥沙发生淤积。应用时，查表（8-3）（8-4）（8-5）和相关手册。上式有6个变量,知道5个可以求另外一个。8.5明渠均匀流水力计

6、算一般是对已成工程进行校核性计算。已知条件:b、h、m、n、，求流量8.5.1校核渠道输水能力8.5.2确定渠道的底坡此类问题为设计渠道的底坡，已知条件:Q、b、h、m、n，求解底坡。此类问题为设计渠道的断面已知条件:Q、n、m、该方程有6个变量，4个已知量，2个未知量，方程有多组解。方法：根据工程条件，先确定底宽b（h），求水深h（b）。此类问题无解析法（高次），只能用试算图解法或图解法。8.5.3确定渠道的断面尺寸A--------------------aB--------------------bC--------------

7、------c求渠道的正常水深h（底宽）的方法(a)试算图解法:依工程条件确定底宽b，试算水深h。画曲线，求水深h（Q已知）解：用试算—图解法，设一系列水深，列表计算0.30.7893.4500.23129.010.3850.41.1523.9340.29330.180.6520.51.5504.4170.31531.110.990例：某输水渠道，梯形断面，土质为沙壤土，底宽b=2m，通过流量0.8m3/s，岸边有杂草，粗糙系数n=0.027，底坡为0.0012，边坡系数m=2.2，求正常水深？由上表数据绘制的关系曲线，根据已知流量在

8、图中求出正常水深。(b)图解法管道无压流也属明渠水流，对于长直的排水管道，亦为均匀流，具有均匀流的水力特征。此外还具有另一特征，即在达到满管流之前，流速达到最大值，流量也达到最大值。8.6管道无压流的水力计算---充满角