流体力学-lecture13-明渠流(1次课).pptxVIP

上讲复习：孔流?6-1 薄壁孔口出流?6-2 管嘴出流?6-3 有压管道恒定流?6-4 管网流动计算基础流量流速压强连续性方程能量BN方程能量损失规律§7 明渠均匀流外江内江都江堰，距今2200年，功在当代，利在千秋§7明渠均匀流管嘴流动有压流动孔口流动?7-1 概述?7-2 明渠均匀流的水力特征和基本公式?7-3 梯形断面明渠均匀流的水力计算研究对象——重力流动、孔隙流动明渠的水力特征和过流能力基本定律研究内容—三峡船闸§7-1明渠流概述人工明渠?灵渠天然明渠?黄河黄河河南曹岗断面?明渠和明渠流重力流动（无压流）?京杭大运河开封附近高出11米新乡附近高出20多米济南设防高出10米§7-1明渠流概述明渠底坡影响水深管流坡度不影响水深和断面明渠流具有自由表面管流无自由表面明渠局部边界变化影响长明渠流重力驱动管流局部影响区域较小管流有压驱动?明渠流与管流的比较§7-1明渠流概述恒定流和非恒定流均匀流和非均匀流非均匀流的缓流急流和缓流临界流明渠均匀流非均匀流的急流明渠非均匀流?明渠流的流态§7-1明渠流概述底坡渠道的底坡?顺坡?逆坡?平坡§7-1明渠流概述棱柱形渠道和非棱柱形渠道底坡和边坡沿程不变底坡和边坡沿程改变§7-1明渠流概述梯形断面边坡系数明渠的横断面天然明渠（河道）m1=m2=m梯形断面水力要素§7-1明渠流概述若A一定，R大，则 小，说明渠道边界对水流的约束小，渠道的输水能力大；反之，R越小，输水能力越小?水力半径的意义R是反映断面形状和尺寸对水流运动影响的一个因素。?边坡系数的大小仅取决于边壁材料表7-1，随着材料强度的增加，边坡系数逐渐减小。 例如: 粉砂边坡 m = 3.0-3.5 岩石边坡 m = 0.1-0.25§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式? 流动恒定，流量沿程不变? 渠槽是长直的棱柱形顺坡渠道? 渠道表面粗糙系数沿程不变? 沿程没有建筑物的局部干扰? 顺直河段按均匀流做近似计算? 人工非棱柱形渠道采用分段计算，各段按均匀流考虑明渠均匀流明渠均匀流的水力特征及其形成条件?均匀流动的概念?均匀流动的形成条件?实际流动的处理§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式明渠均匀流的水力特征?均匀流动的主要水力特征? 流动参数不变? 三线平行? 重力功等于摩阻能耗? 正常水深h0 ——明渠水流作均匀流动时的水深，用于区别于明渠非均匀流§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式d=4R，J=hf /l明渠均匀流的水力计算公式明渠均匀流的速度沿程损失谢才公式§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式谢才系数C曼宁公式 n为简称曼宁系数，也称粗糙系数，是综合反映壁面对水流阻滞作用的系数。取决于相对粗糙、雷诺数、以及水力半径。 一般情况下，明渠流动处于完全（平方）阻力区，对于一定的壁面粗糙度，R增大时λ会减小，R和λ两者的变化几乎相抵，因此n变化不大。在n＜0.02，R0.5m内，进行输水管道和较小河渠计算，结果良好。§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式?谢才公式或者 （明渠均匀流）?连续方程或者—— 流量模数，明渠均匀流?曼宁公式或者?谢才系数的意义?曼宁系数P147，表5-3—— 正确选择是关键问题——? 明渠均匀流的基本公式例题5-9：明渠均匀流计算，见教材P149，求渠道的流量§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式讨论两种情况?边坡系数不同的梯形断面?粗糙系数不同的梯形断面——综合粗糙系数ne§7-2明渠均匀流水力特征和基本公式?谢才公式或者 （明渠均匀流）?连续方程?水头损失[例题]如图所示，梯形土渠中发生均匀流动，已知：底宽b=2m，长度L=5000m，左、右边坡系数分别为m1=1，m2=1.5，水深h=1.5m，底坡i=0.0004，土壤的粗糙系数n=0.0225。试求：（1）渠中流速；（2）渠中流量；（3）水头损失。 [解]§7-3梯形断面明渠均匀流水力计算如何选择输水性能最优的过流断面？?水力最优断面?等边坡系数梯形渠道水力最优断面计算§7-3梯形断面明渠均匀流水力计算?梯形实用经济断面?值 流量Q[m3/s]5 5——10 10——30 30——60 宽深比?=b/h 1——3 3——5 5——7 6——10§7-3梯形断面明渠均匀流水力计算梯形断面明渠均匀流的三类基本问题?验证渠道的输水能力[例题7-1]一顺直的梯形断面排水土渠，匀质粘土，底宽3m，边坡系数m=1.5，底坡i=0.0006，设计正常水深h0=0.8m，试验算渠道的输水能力和流速。 ?确定渠道底坡[例题7-2]某梯形断面路边排水土渠，底宽1.5m，边坡系数m=1.25，粗糙系数n=0.025，要求正常水深h0=0.85m，设计流量Q=1.6m3/s，试求排水渠