水力学明渠恒定均匀流精讲.pptVIP

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。 1. 明渠的横断面形状 4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。 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） 例5.4 某灌溉渠道上有一渡槽，拟采用混凝土（用括泥刀做平）预制构件拼接成矩形断面（图），根据渡槽两端渠道尺寸及渠底高程，初步拟定渡槽的底坡 i 为 ，水深 h 为3.5m，设计流量Q为 31m3/s。试计算渠道底宽 b 。 5-6粗糙度不同的明渠及复式端面明渠的水力计算 一 断面周界上的粗糙度不同的明渠均匀流的水力计算 由于不同材料具有不同的粗糙系数，因此，当明渠的渠底和渠壁采用不同材料的时，粗糙系数会沿湿周发生变化． 二　复式断面明渠均匀流的水力计算 　　当通过渠道变化范围比较大时，渠道的断面形状常采用如图５-１５a所示的复式断面．复式断面的粗糙系数沿湿周可能不变，也可能发生变化，应视渠道的的结果：如图５-１５b虚线所示． 　具体情况而定．但是无论粗糙系数沿湿周变化与否，均不能对整个复式断面渠道中的均匀流直接应用公式（５-６）来计算流量否则就会得到一个不符合实际情况 　复式断面明渠均匀流的流量一般按下述方法计算：即先将复式断面划分成几个部分，使每一个部分的湿周不致因水深的略微增大而产生急 　　剧的增加．如下图所示。 例5-7　一复式断面如图，已知bⅠ与bⅢ为6m，bⅡ为10m；hⅠ与hⅢ为1.8m；mⅠ与mⅢ均为1.5，mⅡ为2.0；n为0.02及i为0.0002．求Q及v． 查图法(1-3版) 求h用附图二（梯形及矩形渠道均匀流水深求解图） 求b用附图一（梯形及矩形渠道底宽求解图） 由附图二右上梯形图，当 时，在 m = 1的 曲线上查得 故 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。 解法（类似2）：试算法（直接试算、或Excel单变量求解） 试算—图解法 查图法（略） 叠代法 对于刮泥刀做平的混凝土预制构件 n = 0.013。 试算－图解法 设底宽 b =2.5m，计算断面水力要素A， ，R，C 及流量Q： 当 R = 0.922 m ，n = 0.013 时，由曼宁公式求得 则 又设 b = 3.0 m ，3.5 m ，4.0 m 计算结果如下表： 根据上表绘制 b ~ Q 曲线（见图）。由曲线查得： 当 Q = 31m3/s 时，b = 3.35 m 。 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。 按公式直接计算 例题5.5 见书 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。 例题5.6 见书 在一般情况下，也可以按照加权平均方法估算，即 当渠道底部的粗糙系数小于侧壁的粗糙系数时，按照 下式计算 显然，通过复式断面渠道的流量，应为通过各 部分流量的总和，于是 见书 5 明渠恒定均匀流 Open channel flow 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: 5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响 梯形断面 B b h m 1 △ 矩形断面 b h U形断面 r h 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, * 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≈tanθ l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 二.明