第 五 章 明渠恒定均匀流.pptVIP

* 前进 天然河道、人工渠道统称为明渠。明渠中流动的液体称为明渠水流。 当液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面，表面各点压强均为大气压强，所以明渠水流为无压流。 明渠水流也可分为恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流等。 主要内容： 明渠的几何特性 明渠均匀流的特性 明渠均匀流的计算公式 明渠均匀流的水力计算 水力最佳断面及允许流速 复式断面明渠的水力计算 结束 明渠的几何特性 1.明渠的底坡 　　明渠渠底纵向（沿水流方向）倾斜的程度称为底坡。以i表示。 底坡线 水面线 底坡线 θ i 0 顺坡、正坡 i等于渠底线与水平线夹角θ的正弦，即i=sinθ。 i = 0 平坡 i 0 逆坡、负坡 顺坡（或正坡）明渠 按底坡分类： 平坡明渠 逆坡（或负坡）明渠 前进 2.明渠的横断面 垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线称为明渠的横断面。 主槽 滩地 梯形断面 河道断面 矩形断面 反映断面的形状特征值称为断面水力要素。 b h 1 α m B 底宽 水深 边坡系数 水面宽 过水断面面积 湿周 水力半径 断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道，称为棱柱体渠道。 断面形状、尺寸或底坡沿程改变的渠道，称为非棱柱体渠道。 棱柱体 棱柱体 非棱柱体 2 2 3 3 1—1 2—2 3—3 1 1 返回 明渠均匀流的特性 Ff = Gs 均速运动 Ff Gs 加速运动 充分长直的棱柱体顺坡(i 0)明渠 加速运动 1.过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。 2.过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。 3.总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即 4.水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即Gs=Ff 。 产生均匀流的条件： 水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。 渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。 返回 明渠均匀流的计算公式 返回 明渠均匀流的水力计算 以梯形断面为例： 已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量Q。 已知渠道的断面尺寸b、m、h及设计流量Q、粗糙系数n，求底坡i。 已知渠道的断面尺寸b、m、h及通过的流量Q、底坡i，求粗糙系数n。 已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求正常水深h0。 已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m和粗糙系数n，求底宽b。 返回 例：某梯形断面渠道,已知流量Q=3m3/s ，边坡系数m=1.0，底坡i=0.0049，粗糙系数n=0.0225 ，底宽b=1m 。 求：均匀流动时的正常水深h0（简称正常水深h0）。 解：根据谢才—满宁公式，并代入梯形断面水力要素，有 设h=0.5m，0.75m，1.0m，计算相应的Q值如下表 h(m) 0.5 0.75 1.0 Q(m3/s) 1.07 2.29 4.03 h(m) Q(m3/s) 1.0 2.0 3.0 0.0 0.0 0.5 0.75 0.25 1.0 从曲线上查得：当Q=3m3/s时，h=0.86m。 返回 水力最佳断面 从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状在通过已知流量时面积最小，或者是过水面积一定时通过的流量最大。符合这种条件的断面，其工程量最小，过水能力最强，称为水力最佳断面。 所以水力最佳断面是湿周最小的断面。 工程中多采用梯形断面，在边坡系数m已定的情况下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。 b h 1 α m B 可以证明：梯形水力最佳断面的宽深之比为 此时， 前进 *