《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。