眀渠恒定流动.ppt

1、第七章明渠恒定流，本章主要内容：明渠均匀流水力计算明渠三种流态的特征及判别方法；明渠渐变流水面曲线的定性分析：跳跃和落差任务：了解明渠均匀流的特性和产生条件，掌握明渠均匀流的计算方法；掌握明渠流型的判别，了解产生水力跃变和水力落差的条件。本章主要讨论明渠均匀流的水力计算和流态判别。7-1明渠分类：人工渠道、天然河流和不符合要求的管道统称为明渠。通道流：具有自由液面的自由流称为明渠流或自由表面流。明渠水流的特点，1。它有自由液面，是自由表面流(全管流是加压流)；2.湿圆周是固体壁和液体在横截面上接触部分的圆周；3.重力是流体流动的动力，它是重力流(管道流是压力)；4.河道的坡度影响水流的速度和深

2、度。当坡度增加时，流速增加，水深减小。5.当边界突然变化时，影响范围就很大。自由面流的压力流，明渠流的分类，明渠断面形状有：梯形，常用的断面形状为矩形，抛物线用于小型灌溉渠道，较少使用圆形，最优水力断面，常用于城市排水系统，复合型，常用于丰枯相差悬殊的渠道，1。根据明渠的断面形状和尺寸是否变化；棱柱形渠道；沿程具有恒定断面形状和尺寸的长直渠道称为棱柱形渠道(非棱柱形渠道)；一路上横截面形状和尺寸不断变化的开放通道称为非棱柱形通道。2。根据渠道不同的底部坡度-单位长度沿渠道底部的递减值。平坡：i=0，如果明渠底部高程沿程不变，称为平坡。顺坡：i0，明渠底部顺坡下降的称为正坡或顺坡。反斜率：i0，

3、通道底部沿程增加的称为反斜率或反斜率。明渠流量和满管流量的最大区别在于前者为()，而后者为()。2.判断：在非棱柱形渠道中，流线也将是平行的直线，所以水流也可能形成均匀流。3.判断：水力坡度j必须为正。自由表面流，加压流，(错误)，(正确)，7-2明渠均匀流，1。明渠均匀流的特征和发生条件的定义：平行流线的等速流。特点：1)断面的形状和大小、平均流速、流量和水深沿程不变。明渠均匀流的水深一般称为正常水深，表示为h0。2)总水头线、测压管水头线(水面坡度)和渠底坡度相等，即J=JP=i，能量方程如下：注：物理意义：水流高程降低引起的势能降低正好等于克服阻力损失的能量，而水流动能保持不变。明渠均匀

4、流的形成条件：1)长而直的棱柱形渠道，沿程底坡和糙率恒定；2)通道必须沿斜坡(I0)；3)通道内无建筑物的局部干扰；4)明渠中的水流必须恒定，且沿途没有水的流入或流出，即流速恒定。2.明渠均匀流的基本公式。1.明渠均匀流水力计算的基本公式：r水力半径(m)，r=a/；过水断面的湿循环(米)；水力梯度；c谢才系数(m1/2/s)。明渠均匀流的流量系数，即正常水深时明渠均匀流的截面积。从受力的角度来看，下列渠道可以产生均匀的水流：a .平坡渠道c .反坡渠道d .非棱柱形平坡渠道2 .流动模量的尺寸为：3.水力最佳横截面和允许流速。1.梯形断面渠道水力最优断面有以下结论：水力最优断面的宽深比H值是

5、这样的结论：1)梯形水力最优断面的M只是M的函数，2)水力最优梯形断面的R是H的一半，与M . A=(b . MH)H2无关。m=0的水力最佳矩形断面是指矩形渠道水力最佳断面的底部宽度是水深的两倍。注：1)最佳水力断面是窄而深的渠道(当m1，h 1时)，但水力条件是最佳的，不一定是工程上的最佳。例如，对于梯形渠道，当m=2时，h=0.472，即b=0.472h，底部宽度小于水深的一半。2)一般水力最佳断面适用于一些小排水沟。1.最佳水力断面为：a .成本最低的渠道断面；b、粗糙度系数最小的截面；c、某一流量下截面积最大的截面；2.明渠底部坡度沿坡度I: B，i0 C，i=0 D，不一定。3.最

6、佳水力矩形断面，宽深比是：a . 0.5 c . 1.0D . 4D，该断面具有一定面积的最小湿循环。A，i0，B. 2，1。每段长直通道的粗糙度系数N、横截面积A和底坡I相同，其最大流量的横截面形状为：A、正三角形B、半正方形C、半正六边形2。有一个矩形横截面的通道。在给定的坡底、粗糙度和截面积条件下，下列哪种截面积具有流量？H=1.0m B，b=2.25m米，h=2.0m米D，b=1.0m米，h=4.5m米，D，半圆，c，b=3m米，h=1.5米。(2)允许流速，如果v太大，它将被冲走，而如果它太小，它将被淤积或过度生长，所以v必须限制在一定范围内。在设计中，要求渠道流速v在不冲不淤的允许

7、流速范围内，即VmaxVVmin，Vmin=0.4-0.6m/s，VMAX和Vmin见相关表格。其中：Vmax不影响允许流速(米/秒)，这取决于墙体材料。不淤积时Vmin的允许速度(m/s)。有一个横截面为梯形的中壤土渠道。众所周知，通道中的流速为qv=5m3/s，斜率系数m=1.0，粗糙度系数n=0.020，底部斜率i=0.0002。试问：(1)根据最佳水力条件设计断面；(2)如果采用宽深比=2设计断面，检查渠道流速是否满足不冲刷条件。(1)水力最佳值为A=(b MH)h=(0.83h)h=1.83h 2，水力最佳值为R=h/2，即h=1.98m；B=1.980.83=1.64m米，(2)H

8、=1.55米，此时中壤土渠道不冲流速为0.650.85米/秒，渠道满足不冲条件。(4)明渠均匀流水力计算的基本问题和方法；(1)检查渠道输水能力；对已建成的渠道进行校核水力计算，特别是对渠道的输水能力进行校核。也就是说，已知n、I、m、b和h确定qv:直接使用公式(2)确定土壤或面层材料、设计流速和已知渠道的几何尺寸，即n、qv和b、m和h已知，并确定渠道底部坡度i:(3)确定通道的截面尺寸，设计通道，即qv，I，m，将有多组解，为了得到一个确定的解，需要附加的补充条件。1.确定水深h和相应的底部宽度b 2。确定底部宽度b，并确定相应的水深h。3.确定了宽深比，并根据水力优化设计了相应的b、h小通道。大型土渠，考虑经济条件；航道是根据特殊要求设计的。4.从允许流速Vmax开始，计算相应的B和h。例如，有一条梯形断面的大型水土输送渠道(n=0.025)，坡度系数m为1.5。当底坡i=0.0003，正常水深h0为2.65米时，40m3/s的流量能通过多少B.为什么均匀流只能在正坡河道上产生，而不能在平坡和反坡上产生？由于粘性，水流在流动过程中产生阻力，而阻力消耗掉1.无压力圆管内均匀流的特性和水力要素1)无压力圆管的水力坡度J、压力计的水力坡度Jp和底部坡度I彼此相等，即J=Jp=i.2)流速和流量在全流量之前达到最大值，即水力最佳值出现在全流量之前。特征2)描述：(1)当hd/2