《明渠均匀流》PPT课件.ppt

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1、第7章明渠均匀流教学基本要求1、了解明渠水流的分类和特征、棱柱体渠道的概念；掌握明渠底坡概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。2、了解明渠均匀流的特点和形成条件，掌握明渠均匀流公式，并能应用进行明渠均匀流水力计算。3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法。4、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算方法，进行过水能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。1、明渠均匀流水力计算；学习重点主要内容明渠均匀流概述明渠均匀流的特性和形成条件明渠均匀流的水力计算水力最佳断面及允许流速明渠均匀流的计算公式无压圆管均匀流

2、的水力计算复式断面渠道的水力计算（一）明渠均匀流概述明渠：天然的河道、人工渠道。明渠水流特点：液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面，表面各点压强均为大气压强，所以明渠水流为无压流。（管流则是压力流）明渠水流：明渠中流动的液体，是一种具有自由液面的流动，水流表面压强为大气压，即相对压强为零。1.明渠水流概述2.明渠的底坡dzdLds底坡：明渠渠底纵向（沿水流方向）倾斜的程度，以i表示。明渠底坡的类型：正坡（i>0）：渠底高程沿流程降低；底坡线水面线底坡线θ平坡（i=0）：渠底高程沿程不变；负坡（i<0）：渠底高程沿流程增加水面线底坡线水

3、面线底坡线3.明渠的横断面明渠的横断面：垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线。梯形断面bh1αmB1.梯形断面：水面宽度B=b+2mh过水面积湿周水力半径Bhb1m土基上的渠土壤种类边坡系数m粉砂3.0~5.3细沙2.5~3.5砂壤土2.0~2.5粘砂壤土1.5~2.0粘土，密实黄土1.25~1.5卵石和砌石1.25~1.5半岩性的抗水的土壤0.5~1.25风化的岩石0.25~0.5未风化的岩石0.00~0.25表梯形渠道边坡系数m2.矩形断面水面宽度过水面积湿周水力半径常用于岩石中开凿、两侧用条石砌成的渠混凝土渠木渠hb3.圆形断面水面

4、宽度过水面积湿周水力半径用于无压隧洞dhθ棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程不变且渠道轴线为直线的渠道非棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程变化的顺直渠道或渠线弯曲的渠道。棱柱体棱柱体非棱柱体22331—12—23—311（二）明渠均匀流的特性和形成条件充分长直的棱柱体顺坡(i>0)明渠1.明渠均匀流的特性F=Gs均速运动F

5、、水面线及底坡线三者相互平行，即；4）水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即Gs=F。2.明渠均匀流的产生条件水流应为恒定流。流量沿程不变，即沿程无水流的汇入、汇出。必须是底坡不变的正坡明渠（i＞0）。必须是棱柱体渠道，且糙率沿程不变。必须是充分长直且渠道中没有建筑物的局部干扰。3.思考题思考题1：明渠均匀流可能发生在：A、平坡棱柱形渠道；B、顺坡棱柱形渠道；C、逆坡棱柱形渠道；D、都有可能；A、平坡棱柱形渠道；B、顺坡棱柱形渠道；思考题2：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。A、正确；B、错误；A、正确；B、错误

6、；思考题3：各种渠道中：①平底坡渠道；②正底坡、长直渠道；③正底坡、棱柱形，长直渠道；④正底坡、非棱柱形渠道；⑤逆坡底渠道；能否产生均匀流？为什么？（三）明渠均匀流的计算公式明渠均匀流的计算公式流量模数K：底坡等于1时的流量①连续方程②谢才公式③曼宁公式粗糙系数n：反映了河、渠壁面对水流阻力的大小各种人工管渠的n值管渠类别n管渠类别n石棉水泥管、钢管0.012砖砌渠道0.015木槽0.012-0.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.020-0.025混凝土管、钢筋混凝土管、水泥沙浆抹面渠道0.013-0.014土

7、明渠（包括带草皮）0.025-0.030对人工管渠糙率选取过大：设计阻力偏大，设计流速则偏小断面尺寸偏大，增加土方开挖量，造成浪费；且由于由于实际流速大于设计流速，可能引起渠道冲刷。糙率选取过小：则达不到设计过水能力，且因实际流速小于设计流速，造成渠道淤积天然河道粗糙系数n河床泥沙、砾石等颗粒细小而光滑则n小河道断面的不规则、河身的弯曲、滩地上植物种类及数量、河床被水流冲刷程度等因素均影响粗糙系数；粗糙系数沿流程改变，随水位改变；n值的求取:工程实际中根据河道实测水温资料，由流量或流速、断面积求取谢才系数，然后按曼宁公式求取查表：情况良好，n=

8、0.025-0.035；情况不好，n=0.045-0.060;杂草丛生，0.075-0.150）（四）水力最佳断面及允许流速1.水力最佳断面水力最优断