明渠均匀流计算公式.docVIP

第六章 明渠均匀流 一、概念： 明渠是具有自由表面液体的渠道 分类（据形成）： 天然渠道→天然河流 人工渠道→人工河流、不满流的排水管渠 明渠流——明渠中流动的液体 又称重力流（依靠重力作用而产生） 也称无压流（自由表面相对大气压为0） 分类： 恒定流 均匀流 非恒定流 非均匀流 注意特殊性：A随的变化而变化，故不可能发生非恒定均匀流动。 2、水流运动的影响因素： 过水断面形状 过水断面尺寸 底坡的大小 2、 据影响把明渠分为： 1、棱柱形渠道 非棱柱性渠道 2、顺坡、平坡和逆坡渠道 二、 1、? 棱柱形渠道： 凡是断面形状、尺寸沿程不变，过水断面仅随水深变化而变化的常直渠道。 过水断面面积随形状沿程变化的渠道，称非棱柱形渠道。 棱柱断面 断面规则的长直人工渠道，同管径的排水管道、涵洞 非棱柱断面 连接两条在断面形状、尺寸，不同渠道的过渡段。 渠道断面类型：矩形、梯形、圆形、半圆形、此外有组合型、三角型（复式）、抛物线型、卵型 2、? 顺坡、平坡、逆坡渠道： 底坡——渠道底面的坡度，用表示，通常是指单位渠长。 上的渠道高差，即 ——渠底高差 ——对应的相应渠长 ——渠底与水平线的夹角 一般渠道底坡都很小，即很小，实际中，为方便测量渠长和水深，故常用代替，水平渠长代替水流方向渠长，铅垂水深代替垂直于底坡的水深。 底坡分类：顺坡：，渠底沿程降低的底坡。 平坡：，渠底水平，平坡 逆坡：，渠底沿程升高。 意义：底坡反映了重力在流动方向上的分力，表征水流推动力的大小， 愈大，重力沿水流方向分力愈大，流速愈快。 ? §6-1 明渠均匀流的形成条件和水力特征 一、明渠均匀流的形成条件： 1、? 明渠均匀流——水深、断面平均流速沿程都不变的流动。 ⑴ 渠底必须沿程降低，即并且要在较长一段距离内保持不变。 （是重力流，依靠重力分力驱使水流运动，保证流动流向必须有恒定不变的作用力。） ※???? 平坡、逆坡中不可能产生均匀流 ⑵ 必须是长而直的棱柱形渠道。 （避免象弯管、阀门、滚水坝、桥孔等局部阻力对水流产生影响，而导致非均匀流） ⑶渠道表面的粗糙系数应沿程不变。这是因为粗糙系数决定了阻力的大小，变化，阻力变化，有可能成为非均匀流。 ⑷渠道中水流应是恒定流。即（常数） 否则，和都全变化 二、明渠均匀流的水力特征： 特点： 1、水面线与渠底平行 （沿程不变） 2、测压管水头线的坡度与相等。（水面线即为测压管水头线） 3、总水头线与水面线平行（不变，流速水头不变） 4、总水头线坡度与测压管水头线坡度相等， ∴水力特征为： 物理意义： 1、底坡表示单位长度内单位位能的减少 2、水力坡度表示单位长度的单位能量损失（水头损失） 3、表示损失的水头由单位位能的减少而提供。 ∴ 明渠均匀流实际上是重力和阻力达到平衡的一种流动。 ? §6-2 明渠均匀流的计算公式 1、前面沿程阻力系数的经验公式，谢才公式是根据大量渠道实测数据得到的。故采用谢才公式。 2、∵明渠均匀流基本都处在阻力平方区 ∴∵∴ ① ② 式中 称为流量模数值相当于底坡时的流量。 上式中，c如果采用曼宁公式计算 ①、②可写成： 式中：n——粗糙系数，反映了河、渠壁面对水流阻力的大小。是明渠计算中的主要因素之一。 影响n的因素：渠道表面材料，施工质量 渠道修成以后的运行管理情况。 如何确定n？ n过大，设计阻力偏大，v偏小，A就过大，渠道造价增加 v实际大，引起渠道冲刷 n过小，过水能力不够，达不到设计要求 ，造成渠道淤积。 常用的各种人工渠道的粗糙系数见表6-1 影响天然河道粗糙系数n的主要因素：河床泥沙、砾石等颗粒大小及光滑度。 小而光的n小，大而粗糙的n大 此外： 河道断面形状 河道的弯曲 滩地上的植被种类数量 河床被水流冲刷的性质。 ∴n是随不同水位沿河变化的,确定较难,实际工程中： Ⅰ根据实测水文资料，由流量或流速断面积等来先求出谢才系数，再按曼宁公式计算出