第6明渠恒定流动.pptVIP

MIKE 11 , 第6章 明渠恒定流 有压管流：①具有封闭的湿周； ②压力是流动 的主要动力。 明渠流： ①具有自由水面（即水面压强为大气 压）； ②重力是流动的主要动力； ③明渠水面线即测压管水头线。 6.1 明渠的分类 1）明渠形体 ①棱柱体渠(Prismatic channel)： A=A(h), 多为人工渠道； ②非棱柱体渠（Non-prismatic channel): A=A(h,s) 2) 明渠断面形式 3)明渠的几何参数 一般明渠： 过水断面面积A：垂直于流向的横断面(Section area) 水面宽(Width of water surface)B 水深(Depth)h 底坡(Bottom slope)i ：明渠纵断面上渠底线的坡度 （3）按照底坡进行分类 顺坡： i0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 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。 6.2 明渠均匀流 6.2.1 明渠均匀流的水力特性： 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。 6.2.2 明渠均匀流的形成条件 从力学意义上来说：均匀流在水流方向上的重力分量与渠道边界的摩擦阻力相等，因此只能在正坡渠道才可能形成均匀流。 1．水流必须是恒定流。 2．流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。 3．渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。 4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。 6.2.3 明渠均匀流的基本计算 明渠水流一般属于紊流粗糙区（阻力平方区），hf ∝v2 其基本公式有三个： 1、谢才(Chezy)公式 2、曼宁(Manning)公式 3、流量公式 6.2.4 明渠水力最优断面 水力最优断面：给定渠道断面面积A、n 、i，能通过的Q=Qmax。（或通过给定流量，A=Amin )。 以梯形断面为例：当A=const, 欲使Q=Qmax, 必须χ = χmin 6.2.4 明渠水力最优断面 水力最佳断面 水力最佳断面（the best hydraulic section）：是指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过最大流量时的断面形式。 对于明渠均匀流，有： 第一类、验算渠道的输水能力 对已成渠道进行校核性的水力计算，特别是验算渠道的输水能力。即已知：n,i,b,h0 确定Q ; 直接用公式求解 第二类、确定渠道的底坡 已知渠道的土壤或护面材料、设计流量以及断面的几何尺寸，即已知 n，Q 和b，m，h 各量，确定渠道的底坡I : 第三类问题确定渠道的断面尺寸 已知流量Q、流速v、渠道底坡i、边坡系数m 及粗糙系数n，要求设计渠道的断面尺寸，即确定渠道的底宽b 和水深h。 极值点esmin对应的水深称为临界水深hk 当给定棱柱体渠道和流量，临界水深hk是唯一的。 极值点把比能函数曲线分成两支： 上支：hhk ,de/dh0，缓流 下支：hhk ,de/dh0，急流 除esmin 外，每个e都对应两个水深h1 、h2 ，称为交互水深(Mutual depth)。 三、明渠水流的三种流态 缓流：当明渠中水流受到干扰 微波后,若干扰微波既能顺水流方 向朝下游传播,又能逆水流方向朝 上游传播,造成在障碍物前长距离 的水流壅起,这时渠中水流就称为 缓流。（如图）此时水流流速小 于干扰微波的流速，即 ννw 。 急流:当明渠中水流受到干扰后,若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播,不能逆水流方向朝上游传播,水流只在障碍物处壅起,这种明渠水流称为急流（如图)。此时水流流速大于干扰微波的流,即?ννk。???????????? ???? ??????? ????????????????? 临界流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为临界流。 此时?ν=vk。 ??????? ???????? 明渠水流流态的判别依据是佛汝德数 Fr : 弗汝德数 : Fr = 当Fr ＜1，水流是缓流， 当Fr = 1，水流是临界流， 当Fr ＞1，水流为缓流。 缓坡渠道中的水面线 棱柱形渠道水深变化微分方程 M 1 M2 M3 i ik 水平 N N K K 1