流体力学明渠流动PPT学习教案

1、会计学1流体力学明渠流动流体力学明渠流动第1页/共70页第2页/共70页第3页/共70页sin21sasaai第4页/共70页tanlasai在上述情况下，两断面间的距离s可用水平距离l代替，并且，过水断面可以看作铅垂平面，水深h也可沿铅垂线方向量取。 第5页/共70页第6页/共70页第7页/共70页第8页/共70页RJCv 对于明渠恒定均匀流，由于J=i，所以上式可写为RiCv iKRi Q=Av=AC 式中K为流量模数 第9页/共70页iRnv321iRnAQ321谢才系数C是反映断面形状尺寸和粗糙程度的一个综合系数，它与水力半径R和粗糙系数n有关。而n值的影响比R值的影响大的多。一般的工

2、程计算，可以根据附录中的表格来查取n值。重要的工程需要进行实验来确定。第10页/共70页第11页/共70页3235niA 所以要在给定的过水断面积上使通过的流量为最大，过水断面的湿周就必须为最小。 从几何学知，在各种明渠断面形式中最好地满足这一条件的过水断面为半圆形断面(水面不计入湿周)，因此有些人工渠道(如小型混凝土渡槽)的断面设计成半圆形或U形，但由于地质条件和施工技术、管理运用等方面的原因，渠道断面常常不得不设计成其它形状。下面对土质渠道常用的梯形断面讨论其水力最优条件。第12页/共70页梯形断面的湿周=b+2h21m 边坡系数m已知，由于面积A给定，b和h相互关联，b=A/h mh，所

3、以=212mhmhhA在水力最优条件下应有012212222mmhbmmhAdhd得到水力最优的梯形断面的宽深比条件 mmhbh212第13页/共70页mmhbh212第14页/共70页vvv v免遭冲刷的最大允许流速，简称不冲允许流速； v免受淤积的最小允许流速，简称不淤允许流速。 第15页/共70页第16页/共70页RiACiRnA3213223512mhbhmhbniQ= 从上式中可看出Q=f(b,h,m,n,i)。已知五个数据，用上式可求另一个未知数，有时可从上式中直接求出，有时则要求解复杂的高次方程，相当困难。为此，将两类问题从计算方法角度加以统一研究。只要掌握这些方法，就能顺利进行

4、明槽均匀流的各项水力计算。第17页/共70页例：有一预制的混凝土陡槽，断面为矩形，底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流速。 第18页/共70页解解 矩形断面，边坡系数m=0，代入基本公式得RiACiRnA3213223512mhbhmhbniQ=32352hbbhni sm332350 . 12014. 05 . 0005. 0Q=bhQsm0 . 25 . 01v=第19页/共70页第20页/共70页第21页/共70页第22页/共70页第23页/共70页第24页/共70页第25页/共70页表征堰流的特征量有：堰宽b，即水流漫过堰顶

5、的宽度；堰前水头H，即堰上游水位在堰顶上的最大超高；堰壁厚度和它的剖面形状；下游水深h及下游水位高出堰顶的高度；堰上、下游高P及P；行近流速v0等。根据堰流的水力特点，可按的大小将堰划分为三种基本类型。H的大小将堰划分为三种基本类型。 第26页/共70页第27页/共70页第28页/共70页Q 3 202mbgHQ 3 202mgbH 0m3 220 01/2mvgH=为计及行近流速的堰流流量系数 影响流量系数的主要因素是、k、，即m=, ,fk第29页/共70页第30页/共70页第31页/共70页第32页/共70页第33页/共70页宽顶堰上的水流主要特点，可以认为：自由式宽顶堰流在进口不远处形

6、成一收缩水深h1(即水面第一次降落)，此收缩水深h1小于堰顶断面的临界水深hk，形成流线近似平行于堰顶的渐变流，最后在出口(堰尾)水面再次下降(水面第二次降落)，如图8-9所示 。自由式无侧收缩宽顶堰的流量计算可采用堰流基本公式 Q 1.502mbgH第34页/共70页淹没式无侧收缩顶堰的流量计算可采用 第35页/共70页第36页/共70页例例1 求流经直角进口无侧收缩宽顶堰的流量Q。已知堰顶水头H=0.85m，坎高p=p=0.50m，堰下游水深h=1.10m，堰宽b=1.28m，取动能修正系数=1.0。第37页/共70页第38页/共70页第39页/共70页第40页/共70页第41页/共70页第42页/共70页第43页/共70页第44页/共70页第45页/共70页第46页/共70页第47页/共70页第48页/共70页第49页/共70页第50页/共70页第51页/共70页第52页/共70页第53页/共70页第54页/共70页在M点的测压管坡度为nJ=ddHs第55页/共70页第56页/共70页第57页/共70页第58页/共70页第59页/共70页这就是适用于各种底坡的无压渐变渗流基本微分方程。第60页/共70页第61页/共70页在三种坡度情况下总共只有四条浸润曲线。 第62页/共7