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第七章 明渠流动 明渠恒定均匀流的主要内容 第一节 明渠的类型及其对水流运动的影响 第二节 明渠均匀流特性及其产生条件 第三节 明渠均匀流的水力计算问题 第四节 渠道水力计算类型 第五节 复式断面的水力计算 第七章 明渠流动 明渠恒定非均匀流的主要内容 第一节 明渠水流的三种流态 第二节 断面比能与临界水深 第三节 临界底坡、缓坡与陡坡 第四节 临界水深的一些实例 第五节 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式 第六节 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析 第七节? 水跃及水跌现象 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，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、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 【教学基本要求】 5、掌握明渠水流三种流态的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深hk的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 8、能进行水面线定量计算。 【学习重点】 1. 明渠均匀流水力计算； 2. 明渠水流三种流态的判别； 3. 明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点； 4. 水跃的基本特性。 水力学 明渠恒定均匀流 明渠水流在水利工程中或是在自然界都是常见的，例如：水电站引水渠、灌溉渠、排水渠、运河、无压隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的水流均为明渠水流。 明渠水流是无压流，有自由表面。 当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流。明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，称为明渠恒定均匀流；否则，称为明渠非均匀流。 水力学 明渠恒定均匀流 第一节 明渠的类型及其对水流运动的影响 明渠的渠身及其沿流动方向的倾斜程度( 称作底坡 )，是水流边界的几何条件。一定形式的边界几何条件，给予水流运动一定的影响。所以为了了解水流运动的特征，必须先对影响明渠水流运动的边界几何条件进行分析。 水力学 明渠恒定均匀流 一.明渠的横断面 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 水力学 明渠恒定均匀流 工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面等水力要素关系如下： 水面宽度： 过水断面面积 湿周： 水力半径： 　 水力学 水力学 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。 水力学 明渠恒定均匀流 第二节 明渠均匀流特性及其产生条件 一.明渠均匀流的特性： 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。 水力学 水力学讲义 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。 水力学 水力学 水力学 水力学 水力学 例题1 某梯形土渠设计流量 Q 为2 m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数 n 为0.025，边坡系数 m 为1.25，底坡 i 为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速 为0.4m/s） 水力学 水力学 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 人工渠道或天然河道中的水流绝大多数是非均匀流。 明渠非均匀流的特点:流线不是相互平行的直线，同一条流线上各点的流速(包括大小和方向)不同，明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。 在明渠非均匀水流中，若流线是接近于相互平行的直线或者说流线间夹角很小，流线的曲率半径很大，这种水流称为明渠非均匀渐变流。反之为明渠非均匀急变流。?? 水力学讲义 明渠恒定非均匀流 本章着重研究在恒定流情况下，明渠非均匀渐变流的水流要素沿流程的变化规律，主要研究明渠水深(或水位)沿流程的变化规律，也就是要分析研究关于水面曲线的变化及其计算，以便恰当地确