明渠恒定均匀流(I)

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1、第5章明渠恒定均匀流Steadyuniformflowinopenchannel重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程1.明渠均匀流的水力特性及产生的条件.2.明渠均匀流水力计算基本公式及其应用.3.水力最佳断面的概念及梯形断面水力最优宽深比条件.第5章明渠恒定均匀流本章重点:重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程第5章明渠恒定均匀流明渠：具有与大气相接触的自由表面的流动形态。草街航电枢纽第5章明渠恒定均匀流第5章明渠恒定均匀流明渠与时间是否有关明渠恒定流明渠非恒定流流线平行与否明渠恒定均匀流明渠恒定非均匀流明渠恒定流第5章明渠恒定均匀流明渠水流的分类明渠恒定均匀流的受力

2、特点分析受力情况：(1)重力G；(2)动水压力FP1、FP2；(3)边界摩阻力Ff；由于是均匀流动，在流动方向的外力应相互平衡：意义：在明渠均匀流中摩阻力Ff与水流重力在流动方向的分力相平衡。对于均匀流：第5章明渠恒定均匀流5.1.1明渠的横断面其中，m为边坡系数；第5章明渠恒定均匀流5.1明渠的类型及其对水流运动的影响梯形断面的断面参数：水面宽度：过水断面面积：湿周：水力半径：第5章明渠恒定均匀流5.1明渠的类型及其对水流运动的影响典型过水断面的断面参数：第5章明渠恒定均匀流5.1明渠的类型及其对水流运动的影响棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡均沿程不变的顺直渠道。反之，

3、则称为非棱柱体渠道。第5章明渠恒定均匀流5.1明渠的类型及其对水流运动的影响在非棱柱体渠道中，由于断面形状、尺寸及底坡等沿程发生变化，流线不会是平行的直线，故水流不可能形成均匀流动。5.1.2明渠的底坡均匀流顺坡明渠水平明渠逆坡明渠第5章明渠恒定均匀流5.1明渠的类型及其对水流运动的影响明渠渠底纵向倾斜的程度，用i表示，。5.2.1明渠均匀流的特性第5章明渠恒定均匀流5.2明渠均匀流的特性及其产生条件★明渠均匀流的水力特性及产生条件；总水头线、水面线和底坡线三者相互平行。流动特性过水断面的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，动能修正系数和流速水头也沿程不变。能量特性第5章明

4、渠恒定均匀流5.2明渠均匀流的特性及其产生条件过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。几何特性第5章明渠恒定均匀流5.2明渠均匀流的特性及其产生条件均匀流水深的取法5.2.2明渠均匀流产生的条件均匀流的近似水流应为恒定流。恒定流流量应沿程不变。单一流渠道必须是长直的棱柱体顺坡明渠，糙率沿程不变。顺坡流渠道中无闸、坝等各种水工建筑物的干扰。无干扰第5章明渠恒定均匀流5.2明渠均匀流的特性及其产生条件明渠均匀流计算公式连续方程谢才公式对明渠均匀流J=i第5章明渠恒定均匀流5.3明渠均匀流的计算公式★明渠均匀流水力计算基本公式及其应用；5.4.1水力最佳断面符合该条件的断面，工程

5、量最小，称水力最佳断面。将曼宁公式：第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速★水力最佳断面的概念及梯形断面水力最优宽深比条件；问题的提出：在通过的流量一定时，如何使过水断面面积最小？在面积一定情况下，如何使流量达到最大？由几何知识知：当面积一定时，圆形断面的湿周最小，水力半径最大，而半圆形断面与圆形断面水力半径相等。由于半圆形断面不便于施工，因此，实际中常采用梯形断面。第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速(1)当n,i,A一定时,越小，Q越大(2)当n,i,Q一定时,越小，A越小cc梯形断面水力最佳断面的推求根据水力最佳断面的含义，有：即：而：第5章明渠恒

6、定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速梯形水力最佳断面的宽深比b/h仅与边坡系数m有关。又：第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速可得：梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。对于矩形m=0第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速不难证明，矩形或梯形水力最佳断面实际是半圆的外切多边形断面。第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速对一般土渠，m>0,；即梯形水力最佳断面通常为窄而深断面，这种断面工程量虽小，但不便施工及维护，故无衬护的大型土渠不宜采用梯形水力最佳断面。5.4.2允许流速渠道中的流速v应小于不冲允许流速v’，以保证渠道免遭冲刷(表5-3)；

7、渠道中的流速v应大于不淤流速v”，以保证水流中悬浮的泥沙不淤积在渠道中；对航运渠道及水电站引水渠，渠中流速还需满足技术经济条件及应用管理方面的要求。第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速m已知时，是已知的。第5章明渠恒定均匀流5.4水力最佳断面及允许流速思考题：5.15.25.3习题：5.15.25.3本讲作业《水力学》(第四版)上册P213页习题5.1、5.2、5.3第5章明渠恒定均匀流第5章明渠恒定均匀流5.5明渠