流体力学：明渠流动.ppt

1、水道流、人工通道、自然通道、未满水的管道等统称为水道流，自由表面的每个点都受到当地气压的作用，相对压力为零，因此也称为无压流。与液压管流不同，重力是明渠流的主要动力，压力是液压管流的主要动力。明渠流根据水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流。明渠恒定流根据流线是否为平行线分为均匀流和非均匀流。(过程)渠道流的自由表面根据徐璐其他水流条件和多倍体条件形成各种流动状态和水面形式，在实际问题上很难形成渠道均匀流。但是，在铁路、公路、给排水、水利工程沟渠等实际应用中，排水或输水管道容量计算经常被视为溪流均匀流。由于明渠分类、过渡段面造型、尺寸和下坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此水力学将明渠分

2、为以下类型：(1)棱镜和非平面通道是横向形状和尺寸联晶不变的长直线通道，称为棱镜通道，否则为非平面通道。电子的过渡面面积A只随着水深H，即A=F (H)而变化。后一个横截面面积不仅随水深变化，而且每个横截面的距离位置，即A=f(h，S)，S是与起始横截面的相交横截面距离。(2)后坡(正坡度)、平坦坡度和反向坡度(负坡度)渠道渠道底部(即渠道底部与纵断面横断面的交点)的单位长度的渠道底部高程差称为渠道底部坡度，如图所示，以I表示。1-1和2-2横断面之间、水力学规定渠道底部高程下游下降的底部坡度，如图所示，在适当渠道底部坡度相对较小的情况下(例如i0.1或6)，两个横断面之间的渠道底部长度S、两

3、个横断面之间的水平距离L、几乎相等、sl。在以上情况中，两个断面之间的距离S可以由水平距离L取代。明渠底部坡度可以有三种茄子情况(如图所示)。渠道底部高程沿过程下降，称为净坡(或正经社)，规定I0；渠道底部高程沿过程保持水平。这称为平底坡度，I=0。渠道底部高程沿过程上升，这称为逆境史(或负坡度)，并规定了i0。明渠均匀流的特性和形成条件，(1)横断面造型和尺寸，流速分布，流和水深，沿过程不变，(2)总水头线，管道水头线(明渠流中水面线，坡度用Jw表示)。与渠道下划线徐璐平行(如图所示)，因此坡度相同。根据上述溪流恒定均匀流的各种特性，只有以下条件才能形成溪流恒定均匀流：(1)在明渠中，水必须

4、恒定，水流必须恒定。(2)明渠必须是棱镜运河。(3)明渠的粗糙度沿路径应保持不变。(4)明渠底部的坡度必须是净坡，相当长，上面有没有建筑物的直线段。只有在这样长的直线段同时存在上述三个茄子条件的情况下，才能产生均匀流。开放通道统一流的基本公式，开放通道常数统一流，可以使用shere公式计算：对于开放通道常数统一流，J=i，因此常识是，Q=Av=AC，表达式中k是流模块，常识中的shere系数c可以使用shere公式计算Manning公式细灰系数C是反映与水力半径R和粗糙度系数N相关的横截面形状尺寸和粗糙度的综合系数。n值的影响远远大于r值的影响。典型的工程计算可以根据附录中的表格找到N值。重要

5、的工程要通过实验来决定。液压最佳截面和允许流速从水力学角度考虑，最有趣的情况之一是在流、下坡、糙率已知的情况下，设计的过电压截面形式具有最小的面积。或者，如果已知水横断面面积、后坡和弦度，则可以通过设计的水横断面格式最大化渠道通过的流量。这种过水断面应使水力最佳断面，Q=，从而使给定过水面积通过的流量最大，过水断面的湿周最小。从几何角度来看，在各种渠道横断面形式中，最符合牙齿条件的果树横断面是半圆形剖面(水面不包含在湿周中)，因此，某些人工渠道(例如小型混凝土水道)的横断面设计为半圆形或U形，但是由于地质条件和施工技术、管理操作等原因，渠道横断面通常需要设计为不同的形状。土质渠道常用的梯形横断

6、面描述了水力的最佳条件。梯形剖面的湿周=b 2h，边坡系数M是b=A/h MH，因为在给定面积A的情况下，B和H徐璐相关联，因此=，设计中渠道流速V必须在不冲突且不共轭的允许流速范围内。即vvv，v不冲洗的最大允许流速，即不充填允许流速。v是免除浸泡的最小允许流速，简称浸泡允许流速。明渠均匀流的水力计算、明渠均匀流的水力计算可分为两类茄子。一个用于已完成的渠道，根据生产运营要求进行必要的水力计算(例如流量查找)。求渠道段水流的水力坡度j (=I)。求水道段通过水后的糙率。在通道使用过程中绘制水深流关系曲线等。另一种是水力计算，用于设计新渠道，例如低宽度B、水深H、低坡度I等。牙齿两种茄子类型的

7、计算是如何应用明渠均匀流基本公式的问题。您可以使用溪流均匀流计算的基本公式，以及梯形剖面中每个水力图征的计算公式。您可以从上面看到Q=f(b，h，m，n，I)。已知的五个茄子数据可以用常识求另一个未知数，有时可以直接从常识求，有时很难解复杂的高阶方程。为此，从计算方法的角度统一研究两种茄子类型的问题。只要掌握牙齿方法，就能顺利进行明朝均匀流动的各种水力计算。直接解决方法，知道其他五个数值，要求流Q，要求照度N，或者应用基本公式进行简单的代数运算，就可以直接得到答案。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，例如：字典制作的混凝土陡槽。横截面为矩形，底部宽度b

8、=1.0m，底部坡度i=0.005，均匀流深度h=0.5m，粗糙度n=0.014。求通过的流量和流速。矩形剖面，边坡系数m=0，替代预设公式，Q=，=，v=，=，算法假定几个H值，替换基本公式，并计算相应的Q值。如果结果Q值等于已知值，则相应的H值为请求。事实上，试算表的第一次和第二次往往得不到结果。为了减少试算表，可以假设3到5个H值，即h1、H2和h3h5，求出对应的Q1、Q2和Q3Q5，然后用Q=f(h)曲线绘制。然后由已知q确定曲线上的h。如果需要b，则与查找h的测试算法相同。此时绘制的曲线为Q=f(b)。堰流，堰流是急变流的范畴，其水头损失以局部水头损失为主，航路水头损失经常被忽略。

9、这种水流形式在实际工程中应用很广。例如，在水利工程期间，经常被用作引水灌溉、防水的水工建筑物。在给排水工程中，堰流是常用的溢流设备和计量设备。在交通土建工程中，宽整数流理论是小桥及排水管孔水力计算的基础。堰流及其分类，无压溢出障碍时，上游发生水，水面降落。牙齿部分水流现象称为堰流。壁垒叫堰。挡墙在水流中起两个茄子的作用，一个是横向收缩，如桥梁和排水管。二是低坝的约束，如大坝等水工建筑物。，表层流的特征量如下：堰宽B，即水流过堰顶的宽度；堰前的头H，即堰上游的水位位于堰顶的最大超高；堰壁厚和剖面形状；下游水深h和下游水位高于堰顶。水坝、下游高p和p；行根流速v0等。根据堰流的水力特性，根据的大小

10、，堰可以分为三种茄子基本类型。将大小堰分为三种茄子基本类型。堰流的基本公式，影响流量系数的主要因素是，K，即m=，薄壁堰例如，小桥孔的果树，无压端岩管的果树，水利工程期间的节制语句因此，宽塔理论与水工建筑物的设计有着密切的关系。宽塔坝上的水流现象很复杂。根据主要特征，抽象计算图如图8-9(自由形式)和图8-10(淹没)所示。宽顶堤水的主要特征可以看作是，自由样式的宽顶流在离进口不远的地方形成收缩水深h1(即水面的第一次着陆)。牙齿收缩水深h1小于堰顶剖面的临界水深hk。流线形成平行于堰顶的渐变流，最后从出口(堰尾)水面(水面第二次着陆)自由形式无侧收缩宽度堰的流计算中，可以使用堰流的基本公式。

11、浸没公式无侧收缩宽度堰，通过实验，浸没式宽堰的充分条件可以使用浸没式无侧收缩堰的流量计算，可以使用侧向收缩宽度堰，实例1寻找通过直角进口无侧收缩堰的流量Q。已知堰顶头H=0.85m，坎高p=p=0.50m，堰下游水深h=1.10m，堰宽度b=1.28m，动能修正系数=1.0。、操作、74 75 712 81、渗透流、孔介质中液体的流动称为泄漏。水利工程中孔隙介质是指土壤、沙、岩等多孔介质，水力学研究的渗流主要是土壤中的水流。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，)地下水运动是典型的泄漏事件。渗流理论除了适用于水利、化工、地质、采矿等生产建设部门外，在土建方面的应用还可以列举以下几点。供水方面存在

12、井、集水走廊等集水建筑的设计计算问题。(2)排水工程中存在地下水位变化、渠道泄漏损失、大坝和航道边坡稳定性等问题。(3)在水工结构，特别是筑坝方面，存在坝体稳定、坝体及坝下渗透损失等问题。(4)建设工程中，应确定围堰或基坑的排水量和水位降落等问题。土壤中的水状态可根据岩土工程中的水状态分为气水、附着水、薄膜水、摩西水、重力水。气体状态的水以水蒸气状态混合在空气中，存在于岩土孔隙中，数量很少，一般不考虑。附着水作为分子层吸附在固体粒子表面，表示固体水的性质。薄膜水是厚度不超过分子作用半径的膜层，包裹着土壤颗粒，其性质类似于液态的水。附着的水和薄膜水是由固体粒子和水分子的相互作用形成的，其数量很少

13、，难以移动，在泄漏时一般不考虑。摩西数由于毛细管作用，留在岩土微孔隙中，除特殊情况外，一般可以忽略。岩土含水量高时，除了少量液体吸附在固体粒子周围和毛细作用下，大部分液体在重力作用下移动，这称为重力水。牙齿场的研究对象只是重力水在土壤中的运动规律。岩土分类及渗透特性，(1)均匀性岩土渗透特性与空间位置无关。各向同性岩土，其渗透特性与渗流的方向无关(如砂)。各向异性岩土，渗流性质与渗流方向(如黄土、沉积岩等)有关。(2)异质地渗透特性与空间位置相关。以下仅介绍了均匀各向同性岩土中最简单的渗透之一重力数的恒定渗透。渗透基本规律，自然土壤颗粒，形状和大小差异显著，颗粒间空隙形成的通道在形状、大小、分

14、布上也具有不规则、随机的性质。土洞通道中的渗透运动非常复杂，是工程中常用的统计方法，采用理想、简化渗流解释渗流的平均值，而不是实际、复杂渗透。渗透实验装置。垂直圆柱体内填充了沙粒，圆柱体横截面面积为A，砂层厚度为L。砂层是用金属的细网支撑的。水从调节器箱通过水管A流入圆柱，然后通过沙层从水管B流出，以体积法(量筒C)测量。在砂层的上下两端安装了用于测量渗流水头损失的压力管道，由于渗流的动能尺寸小，可以忽略，压力管道水头差H1-H2是两个剖面之间的水头损失。从牙齿实验中可以看出，在土壤缝隙间流动的液体质点各有非常不规则的形态，但总体来说，主流方向是向下的。式(9-2-4)是用截面平均流速V表示的

15、达西定律，用渗透流速U表示，以供分析。图9-2-2表示两个防渗层上的压力泄漏，ab表示任意源流，M点处的压力测量管道坡度对J=、泄漏系数确定、泄漏系数K的大小、泄漏计算结果有很大影响。下面简要介绍了测定方法和一般土壤的近似。(1)实验公式法是根据土壤参数形状、结构、孔间隙、影响水运动粘度的温度等参数组成的实验公式估算渗透系数K的方法。这种公式很多，可以用来粗略估计。(2)实验室方法是实验室利用图9-2-1所示的渗透实验装置，通过表达式(9-2-4)计算K。牙齿方法测量简单，但不容易获得不受干扰的土样。(3)现场方法利用现场钻井或现有井进行抽水或灌溉实验，根据井的公式计算K。通过研究地下水的均匀

16、渗透和非均匀渗流、使用渗透模型后管道沟渠的流向的方法，可以将渗流分为均匀渗流和非均匀渗流。由于渗透服从达西定律，渗透的均匀流和非均匀流具有明渠均匀流和非均匀流不存在的几个茄子特征。1恒定均匀渗透和非均匀梯度渗流流速沿剖面在均匀渗透中均匀分布进行，压力计坡度(或水力坡度)为常数。因为横截面的压力是静压分布。一流线路的压力表斜度也是一样的。也就是说，在均匀渗透区域的任何一点，压力表坡度都相同。根据达西定律，均匀渗流区任何一点的渗流流速U都是一样的。换句话说，均匀渗流是均匀渗流速度场。u横截面当然也是均匀分布。对非均匀渐变泄漏使用2面1-1和2-2，如图9-3-1所示。渐变泄漏的截面压力也符合静压分布规律，因此截面1-1的每个点的压力管道水头都为H。Ds的剖面2-2中每个点处的压力管标头均为H dH。渐变流是近似均匀流，因此可以认为沿横断面1-1和横断面2-2之间的所有流线的距离类似于ds。如果Ds牙齿为0，则截面1-1。一流线的压力管道坡度、梯度渗透的基本微分方程和渗透曲线、无压力渗透中，重力水的自由表面称为浸没。在平面问题上，浸润面是浸润曲线。工程中必须解决渗透曲线问题。从裘皮犹公式开始，得到非均匀梯度渗流的微分方程，积分，得到渗透曲线。从起点横断面0-0