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明渠流的分类工程流体力学

明渠流的分类概述明渠流是一种具有自由液面的流动，液面上各点的压强为大气压，其相对压强为零，故明渠流又称无压流。根据渠道的形成方式不同，明渠又分为天然明渠和人工明渠。明渠流根据运动要素是否随时间变化分为恒定流与非恒定流。明渠恒定流又可根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。

明渠流的分类1.1明渠流动的特点与有压管流相比较，明渠流动具有以下特点：1．明渠流动具有自由液面水在渠道、无压管路以及江河中的流动均属明渠流动，这类流动的共同特点是沿程各断面的表面压强都是大气压，具有自由液面，重力对流动起主导作用，如图所示。天然明渠与人工明渠

明渠流的分类1.1明渠流动的特点2．明渠底坡对断面的流速和水深有直接影响如图所示，明渠的底面通常为倾斜平面，它与渠道纵剖面的交线称为渠底线，渠底线与水平线的夹角为θ，θ的正弦称为渠底坡度，用i表示，即其中，zb1和zb2为底坡上两点的高程。一般情况下，θ角很小，为了便于测量和计算，通常用θ的正切值代替正弦值，即

明渠流的分类1.1明渠流动的特点对于明渠流动来说，如果底坡坡度i1≠i2，则对应的断面平均流速v1≠v2，水深h1≠h2，如图所示。而对有压管路来说，只要管路的形状、尺寸一定，其管线坡度对断面平均流速和过流断面面积没有影响。

明渠流的分类1.1明渠流动的特点3．明渠局部边界变化影响水深沿程变化明渠流在沿程流动过程中如果遇到边界变化，如设置控制设备、改变渠道形状和尺寸、改变底坡等，都会造成水深在很长的流程上发生变化。因此，明渠流动实际上存在均匀流和非均匀流，如图所示。但在工程实际中，如铁道、公路、给排水和水利工程中的沟渠，其排水和输水能力的计算常按明渠均匀流处理。而且，明渠均匀流的基本理论对进一步研究明渠非均匀流具有重要意义。

明渠流的分类1.2明渠的分类1．按底坡的正负来分类按底坡的不同，通常将渠道分为三种类型，分别为顺坡、平坡和逆坡渠道，如图所示。其中，底线高程沿程降低，即i＞0，称为正坡或顺坡，如图（a）所示；底线高程沿程不变，即i＝0，称为平坡，如图（b）所示；底线高程沿程抬高，即i＜0，称为反坡或逆坡，如图（c）所示。

明渠流的分类1.2明渠的分类2．按渠道的几何特性分类根据渠道的几何特性，可以将渠道分为棱柱形渠道和非棱柱形渠道。凡是断面形状和尺寸均沿程不变的长直渠道称为棱柱形渠道。棱柱形渠道的过水断面面积A的大小只随水深h而变化（即A=f(h)），如典型的棱柱形梯形渠道。非棱柱形渠道的过水断面面积A既随水深h变化，又因沿程位置s的不同而不同（即A=f(h,s)），如弯曲多变的天然河道，连接两条断面形状和尺寸不同的过渡段都是典型的非棱柱形渠道。

明渠流的分类1.2明渠的分类此外，明渠断面有各种各样的形状，常见的几种断面如图所示。（a）矩形（b）梯形（c）圆形（d）河道断面

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