《明渠恒定均匀流》课件.ppt

水力学 第六章 明渠恒定均匀流 明渠水流在水利工程中或是在自然界都是常见的，例如：水电站引水渠、灌溉渠、排水渠、运河、无压隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的水流均为明渠水流。 明渠水流是无压流，有自由表面。 当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流。明渠恒定流中，如果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，称为明渠恒定均匀流；否则，称为明渠非均匀流。 设想在产生均匀流动的明渠中取一单位长度的流段ABCD进行分析，则作用于流段上所有外力杂流动方向的分量必须相互平衡，即 因FP1=FP2则有 水力学 水力学讲义 水力学 水力学 水力学 例题1 某梯形土渠设计流量 Q 为2 m3/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） 一电站已建引水渠 为梯形断面， m =1.5， 底宽b=35m，n = 0.03， i =1/6500，渠底到堤顶 高程差为3.2m，电站引水流量 Q = 67m3/s。因工业发 展需要，要求渠道供给工业用水。试计算超高0.5m条 件下，除电站引用流量外, 还能供给工业用水若干？ b 3.2 超高 m =1.5 渠中水深 过水断面 湿 周 水力半径 谢才系数 流 量 保证电站引用流量下， 渠道还可提供用水量： 77.4－67.0 =10.4 m3/s b 3.2 超高 m =1.5 已知 Q、i、n，b、m，求 h 将 代入 并整理得 式中，Q、b、m、n及i已知，h为待求量。 上式含h的高次隐函数，不可直接求解 2.求底坡 已知Q、n，m，n，h、b、求i 方法：直接计算 例 一矩形断面渡槽，b = 2.0m，槽长l =120.m 进口处槽底高程 z1= 50.0m，槽身为预制混凝土 n = 0.013，设计流量 Q =10.0m3/s，槽中水深为 h =1.8m。试求： （1）求渡槽出口底部高程z ？ （2）当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深 随底坡的变化规律。 解 求渡槽底坡i: 出口槽底高程 当渡槽通过设计流量时，槽内均匀流水深随底坡 的变化规律。 求 h ~ i 的关系曲线 （流量一定） 正常水深h与底坡i 的关系是：i 增大，h0减小 原 因 i 越大，底坡越陡，重力分力越大，流速愈大 极限值 i →0 , h → ∞,平坡不可能出现均匀流 3.已知 Q、i、n，b、m，求 h 将 代入 并整理得 式中，Q、b、m、n及i已知，h为待求量。 上式含h的高次隐函数，不可直接求解 迭代计算 假定h 结 束 是 否 渠堤高度：h+超高 = 3.33+0.5 = 3.83m 解 将b、i、m 代入 化简 计算过程 一梯形断面，m = 1.0，浆砌石砌护n =0.025，i =1/800 b = 6.0m，设计流量70m3/s，确定堤顶高度（超高0.5m） 试算图解（计算器、Excel、Matlab等） 4. 求底宽 已知渠道设计流量Q、i、n，h、m，求b 方法与求h的相同，采用迭代法、试算图解法 例 一矩形断面渡槽，为预制钢筋混凝土 n = 0.013，设计流量 Q = 31m3/s，i =1/1000， h = 3.5m，计算b。 将Q = 31m3/s，i = 0.001，h=3.5m，n = 0.013代入得 简 化 故b =3.35m 假设 b/m 1 3.02 3.35 计算 b/m 3.02 3.31 3.35 3.31 3.35 解：用迭代法计算 图解试算法计算 设计断面尺寸 已知 Q、υ、i、n，m，设计渠道断面尺寸 问题 分析 为已知 h，b为待求的未知数。 两个方程可解出两个未知数 h，b 例 一梯形渠道，流量 Q =19.6m3/s，流速υ =1.45m/s， m =1.0，糙率n = 0.02， i = 0.0007，试求渠道断面b 及h。 m/