明渠恒定均匀流课件.ppt

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1、圆形断面无压均匀流的水力计算各水力要素间关系：定义：管内水深与管道直径的比值为充满度城市污水、雨水合流管道或单一的雨水管道，设计时使圆管内水流恰好充满整个管道横断面，但断面顶端压强仍为大气压，这种管内水流称满管流。圆管内水流不充满整个管道横断面，管道水流具有自由表面，表面压强为大气压，这种管内水流称不满管流;定义：充满角(弧度)过水断面面积湿周水力半径水面宽度充满度夹角θ值圆形断面无压均匀流的水流特征满管流时的流量与不满管流时的流量比值设一个α值，即可求得相应的A、B值，绘制成曲线。满管流时的流速与不满管流时的流速比值流量比A及流速比B的最大值均

2、不在满管流情况。这是由于圆形断面上部充水时，经过某一水深后，其湿周比水流过流断面面积增长得快，水力半径减小，导致流量和流速减小。管内水深达到80%管径时，流量接近满管流时的流量;管内水深达到直径一半时，流速接近满管流时的流速。A,B计算公式结论：圆形断面无压均匀流水力计算的基本问题和方法——四种类型（1)已知：d，α，i，确定Q：曲线查A值法，或直接公式法，（3)已知：Q，d，i，确定α，或求h，（2)已知：Q，d，α，确定i，（4)已知：Q，α，i，确定d，国家建委颁发的“室外排水设计规范”（1)污水管道应按不满流计算，其最大充满度应按表6-4

3、采用。（3)排水管的最大设计流速：金属管为10m/s，非金属管为5m/s.（2)雨水管道和合流管道应按满流计算（4)排水管的最小设计流速：对污水管道，当管径小于等于500mm，为0.7m/s；当管径大于500mm，为0.8m/s。管径或暗渠高最大设计充满度150~3000.6350~4500.7500~9000.75》10000.8恒定明渠流非均匀流的产生条件及特征明渠非均匀流：当在渠道中修建了任意形式的水工建筑物，就破坏了明渠均匀流发生的条件，造成了流速、水深的沿程变化，从而产生了明渠均匀流流动。非均匀流(壅水曲线）原均匀流水面h0i

4、断面单位能量•临界水深•临界底坡1.断面单位能量取通过过流断面最低点的水平面“0-0”为基准面，则上述单位总械能为:式中：e称为断面单位能量或比能，它是相对于过水断面最低点而言的总流的单位重量液体所具有的能量。水流的断面单位能量e与单位机械能E的区别（1）断面单位能量e与单位机械能E的基准面选择不同，两者相差一个渠底位置高度a，即位能。（2）E沿程减少，e沿水流方向可以增大、不变或减小。断面单位能量曲线式中：断面单位势能：断面单位动能：Oa直线与纵坐标轴间的部分代表断面单位能量中的势能部分，反映了势能随水深的变化规律;bc曲线与横坐标轴间的部分则

5、代表断面单位能量中的动能部分，反映了动能随水深的变化规律。当h→0时，A→0，e1→0，e2→∞，则e=e1+e2→∞；当h→∞时，A→∞，e1→∞，e2→0，则e=e1+e2→∞；由于在h→0和h→∞时，都使e→∞，所以，必有一水深h，能使e为最小值emin.临界水深当在渠道流量一定、断面形状和尺寸确定的情况下，断面单位能量为最小时的水深称为临界水深，表示为hk。看出，emin点，将曲线分为上下两支。在上支E随h的增大而增大；在下支E随着h的增大而减少，这是断面单位能量变化的一个重要特点。用临界水深来判别明渠流的型态缓流急流临界流临界水深计算根

6、据临界水深的定义，对式(6-20)求导等于零，即可确定临界水深式中:过流断面面积随水深的变化率，可近似地以水面宽度B代替，即断面各水力要素均对应于所求的临界水深，计算公式为可知，临界水深仅与断面形状（m）、尺寸(b或h)和流量（Q）有关，而与渠底坡度(I)及壁面粗糙系数(n)无关。(1)梯形断面渠道临界水深的计算方法——试算作图法(2)矩形断面渠道临界水深的计算方法先根据已知流量求出值；然后假设一系列h值，求出相应的值，作出曲线；在曲线上找出对应于值的hk值，即为所求的临界水深将矩形断面变量带入临界水深公式得式中:q称为单宽流量，单位为m2/s。

7、由于得上式说明，当矩形断面渠道中出现临界流时，临界水深为流速水头的两倍。3临界坡度明渠均匀流当已知流量Q，在一定断面形状、渠壁粗糙系数的棱柱体渠道中作均匀流动时，正常水深将随渠底坡度i的不同而变化。当正常水深恰好等于临界水深时的渠底坡度称为临界底坡，并以icr表示。临界流动联立解似上两式，可得正常水深与临界水深之间的关系缓流，缓坡渠道临界流，临界坡渠道急流，急流渠道在流量、渠道断面形状、尺寸和粗糙系数一定时用波速来判别明渠流的型态当c=v时，为c’零，渠中水流为缓、急流的分界状态，称为临界流。这时的流速称为临界流速，以vcr表示，缓流急流临界流2

8、、佛汝德数——缓流和急流的判别标准佛汝德数为缓流急流临界流上式说明佛汝德数表示水流所蕴藏的能量中动能和势能的比值情况。缓流和急流若障碍物