明渠均匀流课件.ppt

教学基本要求 1.了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念。 2.了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3.理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4.掌握无压圆管均匀流的水力特性，熟练运用图表法和解析法进行无压圆管均匀流的水力计算。 学习重点和难点 1. 明渠均匀流水力计算； 2. 运用解析法和图表法进行无压圆管流的水力计算，这部分也是本章的难点； 第一节 明渠均匀流概述 明渠水流是一种极为常见的水流现象。如天然河道，人工渠道，排水管道中的水流均属明渠水流。明渠水流最主要的特点是具有敞开的液面，液面上各点的相对压强为零。因此，明渠水流也称为无压流。另外明渠水流是在重力作用下运动的，因此也称其为重力流。 一、明渠水流的分类 1.棱柱形形渠道和非棱柱形渠道 常见的人工明渠横断面有梯形、矩形和圆形。边坡系数m：反映渠道两侧倾斜程度 水力半径： A：断面面积 ：湿周 平坡： i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 逆坡： i0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。 二、明渠均匀流的基本特征及发生条件 过水断面的水深、断面平均流速及其分布都沿程不变的明渠水流称为明渠均匀流。 1. 明渠均匀流基本特征 1）均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。 2）过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。 3）总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等， 即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。 2.明渠均匀流的发生条件 1）水流必须是恒定流，以保证沿程水深、流速不发生变化; 2）渠道必须是长直棱柱形渠道，否则在断面发生变化处就会产生非均匀流; 3）底坡必须沿程不变，且为正坡。因为只有在正坡渠道中，重力在流动方向上的分力才能与阻力平衡且沿程不变，而平坡与逆坡渠道中是不可能产生均匀流的; 4）渠道表面粗糙系数n必须沿程不变。因为n值的变化将引起阻力的变化，从而引起非均匀流。 三.明渠均匀流的计算公式 明渠均匀流的基本计算公式为谢才公式： 由于在明渠均匀流中 ， Q：流量(m3/s)； v：断面平均流速(m/s)；i ：明渠的底坡； R：水力半径(m)；C：谢才系数( ) ; K：明渠的流量模数（m3/s），它综合反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。 三、明渠均匀流的水力计算问题 1、确定管渠的输水能力 已知管渠的断面形状、尺寸、粗糙系数及底坡，求该渠道的输水能力，即已知K、i，求Q 2、确定渠道底坡 已知渠道的断面尺寸、粗糙系数、流量或流速，求渠道的底坡，即已知K、Q，求管渠底坡i。 3、定管渠的断面尺寸 已知管渠的输水能力Q、渠道的底坡、粗糙系数n，以及采用的断面形状（梯形、矩形、圆形等），要求确定断面的尺寸，这是新管渠的断面设计问题。 第八章 绕流运动概述 第一节 附面层的概念 一、附面层现象 二、附面层的基本特征 三、附面层的分离 第二节 绕流阻力与升力 二、绕流升力 当流体绕流的物体为非对称形，或来流方向与物体的对称轴不平行时（如图所示），都会形成物体上部流速大于下部流速的流动，使物体的上下表面受到不同的压强作用，从而在垂直于来流速度的方向上产生向上的作用力，这就是绕流升力。 三、悬浮速度 在工程中，通常要碰到煤粉和灰尘微粒在空气、烟气或水流中运动的问题。这些固体微粒在流体的绕流阻力、浮力和自身重力的作用下会处于不同的运动状态。上升流体的绕流阻力和浮力会使微粒向上运动，自身重力会使微粒向下运动，当阻力、浮力与重力达到平衡时，微粒将处于平衡状态，即悬浮在空间。使微粒处于悬浮状态的气流流速称为悬浮速度。 图8-3 粘性流体流过曲面物体 加速降压区 减速升压区 不会发生边界层分离的区域： 可能发生边界层分离的区域： 四、曲面边界层的分离现象——卡门涡街 绕过圆柱体的流动 卡门涡街 脱落频率： ——斯特劳哈尔数 第二节 绕流阻力与升力 一、绕流阻力 与物体运动的方向相反，起着阻碍物体运动作用的作用力，称为阻力。 1.摩擦阻力 流体绕过物体流动所引起的切向应力造成的阻力。 2.压差阻力 流体绕过物体流动所引起的压强差造成的阻力。 由粘性间接作用的结果。 与物体的形状有很大关系。 * * 单元四 明渠均匀流 浙江建设职业技术学院 暖通教研室 张玲 图7-1 渠道断面形状 断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道。 天然河道的横断面常呈不规则形状