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    《明渠流动》PPT课件.ppt

    • 资源ID:19200781       资源大小:1.97MB        全文页数:61页
    • 资源格式: PPT        下载积分:15积分
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    《明渠流动》PPT课件.ppt

    水力学,第7章 明渠均匀流,§7.1 概述,明渠断面形状、尺寸、底坡对水流运动有重要影响。 因此,要了解明渠水流运动的规律,首先必须了解明 渠类型及其水力要素等。,7.1.1 明渠底坡,沿水流方向单位渠道长度,对应的渠底高程 降落值,其表示渠底纵向倾斜程度,以符号i 表示。,式中: : 渠底与水平面夹角 ds:两断面的间距 dz:两断面的渠底高程差,dz,ds,7.1.2 棱柱形渠道与非棱柱形渠道,明渠的横断面 垂直于渠道壁面的平面与水流的接触面 人工明渠 横断面 天然河道,7.1.2.1 明渠的横断面,人工明渠横断面 通常有矩形、梯形、圆形、马蹄形断面等形式,1. 矩形断面,常用于岩石中开凿、两侧用条石砌成的渠 混凝土渠 木渠,3. 圆形断面,河道横断面,天然河道的横断面形状不规则,由主槽与滩地组成。 其一般是非棱柱体;若断面变化不大,又较平顺, 可近似作为棱柱体渠道。,棱柱体渠道,非棱柱体渠道,7.2.1 明渠均匀流的水力特征,过水断面形状、尺寸、水深沿程不变,§7.2 明渠均匀流,7.2.1 明渠均匀流特性,底坡、水面坡度、总水头线互相平行,7.2.2 明渠均匀流的形成条件,充分必要条件 力学条件 渠壁摩擦阻力与水重力在流动方向的 分力始终平衡(大小相等,方向相反) 能量条件 水面下降值始终等于水头损失,实际渠中总有各种建筑物。因此,多数明渠流 是非均匀流。 严格说,不存在明渠均匀流,均匀流是对明渠流动的一种概化。,近似符合这些条件的人工渠、河道中一些流段可认为是均匀流。 离开渠进口、或水工建筑物一定距离远的顺直 棱柱体明渠恒定流 天然河道某些顺直、整齐河段在枯、平水期,7.2.3 明渠均匀流的水力计算,7.2.3.1 基本公式 由谢才公式 基于明渠水流资料获得的经验公式,1769年,在总结了一系列渠道水流实测资料的基础上, 提出明渠均匀流流速与流量的经验公式谢才公式,以后又有确定谢才系数的满宁公式(R.Manning)、 巴普洛甫斯基公式。,谢才(A.Chezy),综合反映断面形状、尺寸、 水深、糙率对过水能力的影响。 物理意义:水力坡度为1时的流 量(当 i =1 时,Q = K)。 单位:(m3/s),某渠设计时选 n = 0.015,竣工后实测0.016。 设计水深时,渠道过不了设计流量(比设计流量 小)。通过一定流量时,实际水深比设计计算的 水深大,可能造成水漫渠顶事故。,式中,共有六个变量(含Q),边坡系数 m和糙率 n一般根据土质、或衬砌材料用经验法确定,水力计算任务 给定Q、b、h、i 中三个,求解另一个,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?,求底坡,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。,例 一梯形渠道,流量 Q =19.6m3/s,流速v =1.45m/s, m =1.0,糙率n = 0.02, i = 0.0007,试求渠道断面b 及h。,7.2.4.1 水力最佳断面,水力最佳断面:仅从水力条件出发,渠道最经济断面,当 Q = 一定,要求:A Amin,当 A = 一定,要求:Q Qmax,水力最佳断面的一般条件,均匀流算公式,当i、n、A = 给定 min R Rmax Q Qmax,最佳断面形状:半圆形 原因:由几何学,面积相同图形中,周界最小的断面为圆形。因此,明渠最佳断面形状是半圆形。例如,预制钢筋混凝土、钢丝网水泥渡槽等,但土渠难挖成半圆形,且两岸边坡不稳定。 从地质和施工条件考虑,工程中接近圆形断面形状的为梯形断面,7.2.4.2 允许流速,保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值,7.2.4.2 允许流速,7.2.4.2 允许流速,不淤流速v 渠道中悬沙淤积的临界流速,取决于水流条 件和挟沙的特性以及水中含沙量大小,可根据经 验公式确定。,渠道中杂草可滋生的临界流速一般约 0.5m/s。,渠水冬季结冰的临界流速(北方地区)约 0.6m/s,电站引水渠、航运渠道中的流速还应满足技术经济 要求及管理运动要求,参照有关规范选定。,渠道中流速,7.2.4.2 允许流速,复式断面明渠均匀流的水力计算,当渠道流量变化大时,断面形状采用复式断面,水力计算:,把断面按水深划为几部分,分别计算流速、流量,例如,用垂线把断面划分成三部分,

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