《明渠恒定流》PPT课件(I)

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1、第7章明渠恒定流第7章明渠恒定流本章重点掌握:明渠均匀流的水力计算明渠恒定非均匀流的水面曲线定性分析及定量计算§7.1明渠的分类一、据形成原因分天然河道、人工渠道等二、据断面形状分矩形渠道、梯形渠道、圆形渠道、U形渠道等三、据断面形式沿程变化分棱柱形渠道非棱柱形渠道四、据渠道底坡分平坡渠道、顺坡渠道、逆坡渠道等§7.2明渠均匀流工程实例§7.2明渠均匀流§7.2明渠均匀流§7.2明渠均匀流一、明渠均匀流的形成条件及特征1.明渠均匀流为匀速流、等深流，只可能发生在棱柱形渠道中2.明渠均匀流只可能发

2、生在顺坡的棱柱形渠道中3.明确均匀流只可能发生在坡度、糙率不变的顺坡的棱柱形渠道中4.明渠均匀流具有渠道底坡线//水面线（测压管水头线）//总水头线思考题：对于有压管道均匀流，是否一定也有3个坡度相等？§7.2明渠均匀流二、明渠均匀流基本公式1.连续性方程2.谢才公式式中谢才系数　　　　　　　　　（满宁公式）或　　　　　　　　　（巴甫洛夫斯基公式）其中§7.2明渠均匀流三、明渠水力最优断面和允许流速1.明渠水力最优断面定义当一定时，使渠道的过流能力　　　　　　　的渠道断面，称为明渠水力最优断面。

3、优化目标函数分析可知，当一定时，使渠道的过流能力，必有，故选湿周　为优化目标函数．由§7.2明渠均匀流以梯形渠道为例湿周令　　　　　　　得明渠水力最优断面渠道的宽深比§7.2明渠均匀流说明：明渠水力最优断面渠道的水力半径等于水深的一半；明渠水力最优断面渠道并不一定是技术经济最优渠道；明渠水力最优断面渠道一般适用于中小型渠道设计．２.允许流速不淤积不冲刷§7.2明渠均匀流四、明渠均匀流水力计算类型1.验算渠道的通过能力Q2.设计渠道底坡3.设计渠道断面尺寸（b,h）两个未知量，一个方程（连续性方程

4、），尚需补充一个条件才能求解。补充的途径有：指定b,求h（试算）可用如下迭代公式求解§7.2明渠均匀流指定h,求b(试算同前）补充水力最优条件补充允许流速条件联立，可得b、h联立，可得b、h§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念一、断面单位能量（断面比能）e1.定义断面比能e为基准面选在断面最低点的机械能。因（相对于任意基准面0-0）（渐变流断面）故（对于棱柱形渠道）§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念2.e沿程变化规律分析：E与e的区别基准面的区别沿程变化规律的区别§7.3明渠恒定非均匀

5、流动的若干基本概念3.e沿水深的变化规律§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念二、临界水深1.定义相应于时的水深，称为临界水深。2.临界流方程令可得临界流方程上式一般需试算求解。但对于矩形断面比较：均匀流水深（正常水深）临界水深§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念三、临界坡度2.临界坡度的计算联立可得与i无关1.定义：相应于时的渠道底坡度为临界坡度。第7章明渠恒定流3.据与的大小关系，可将渠道底坡分类急坡渠道临界坡渠道缓坡渠道§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念四、缓流、临界流、急流1

6、.各种流态的特征缓流:小深h较大，流速v较小，多见于平原河流。急流:水深h较小，流速v较大，多见于山区河流。临界流:介于缓流和急流之间，处于临界状态。§7.3明渠恒定非均匀流动的若干基本概念2.判别方法临界水深法弗劳德数法§7.4明渠水跃简介§7.4明渠水跃简介一、水跃现象§7.4明渠水跃简介二、水跃的应用§7.4明渠水跃简介三、水跃计算（只研究完整水跃）假定：①.水跃段长度不大；②.跃前、跃后断面为渐变流断面；③.跃前、跃后断面的动量修正系数相等，即§7.4明渠水跃简介1.完整水跃的基本方程设

7、水跃函数则水跃方程可写成式中　　　　　　为水跃共轭水深．§7.4明渠水跃简介2.水跃能量损失３.水跃段长度§7.5明渠恒定非均匀渐变流水面曲线基本微分方程§7.6棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析§7.6棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析一、明渠非均匀流水面曲线的变化1.水流分区a区（缓流）b区介于之间（急流、缓流）c区（急流）§7.6棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析2.界限情况当时，即与N-N线渐近；当时，即与K-K线正交；当时，即水面线趋于水平直线。3.变化

8、规律当水深处于a区和c区时，水面曲线均为增深曲线；当水深处于b区时，水面曲线必为降深曲线。§7.6棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析§7.6棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析二、明渠恒定非均匀流水面曲线连接分析1.无水跃变坡情况水面曲线分析步骤N-N线、K-K线的相对位置确定；控制点确定水文勘测中的应用2.有水跃变坡情况远驱水跃临界水跃淹没水跃3.变糙率情况§7.7棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算一、基本微分方程由得§7.7棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线定量