明渠恒定流(土木)ppt课件.ppt

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1、第七章明渠恒定流§1概述§2明渠均匀流特性及水力计算§3明渠均匀流水力计算中的几个问题§4明渠恒定非均匀流的基本概念§5明渠非均匀急变流—水跃与水跌§6明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程§7棱柱体渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析§8明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定量计算1教学基本要求1、了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。2、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。3、理解水力最

2、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、掌握明渠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。25、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，以便恰当地确定明渠边墙高度，以及回水淹没的范围等等。3基本概念明渠:人工渠道、天然河道、水流未充满全断面的管道的统称明渠水流：具有自由液面的水流，水流的表

3、面压强为大气压强明渠水流在自然界中是常见的，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。管道中的水流?4A---AA---A有压管流明渠流具有自由水面重力起主导作用水面不受固体边界约束5引水工程输水涵洞施工小河沟渡槽土耳其渡槽渠道工程二滩泄洪洞第七章明渠恒定流6明渠均匀流明渠非均匀流V和h均沿程不变流线为一簇相互平行的直线从力学的观点看，明渠均匀流动是一种直线等速运动V和h均沿程变化明渠水流明渠恒定流明渠非恒定流运动要素不随时间变化运动要素随时

4、间变化工程上的许多实际问题都必须在掌握了明渠水流运动规律以后才能予以解决。7从明渠恒定均匀流取一段水流外力平衡：均匀流动水压强服从静水压强分布规律断面面积沿程不变，则可得8河道的横断面，则常呈不规则的形状。人工明渠的横断面，通常作成对称的几何形状。例如常见的梯形、矩形或圆形等。土渠:一般为梯形涵管、隧洞:一般为圆形混凝土渠道或渡槽可能是矩形或半圆形一、明渠的横断面7.1概述第七章明渠恒定流9思考明渠横断面与过水断面有何区别?根据渠道的断面形状、尺寸，就可以计算渠道过水断面的水力要素。边坡系数m水力

5、半径R湿周Χ10工程中应用最广的是梯形渠道，其过水断面的诸水利要素关系如下：水面宽度：B=b+2mh过水断面面积：A=(b+mh)h水力半径：湿周：11常见的过水断面的水力要素断面形状水面宽度B过水断面积A湿周x水力半径R*式中以弧度计第七章明渠恒定流12底坡：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号i表示，i等于渠底线与水平线夹角θ的正弦,即i＝-dz/ds=sinθ。-----即渠底高程沿水流方向单位距离的降落值二、明渠的分类(一)——顺坡、平坡和逆坡渠道顺坡(正坡)：i>0平坡：i=0逆坡(反坡)

6、：i<0明渠渠底沿程降低不变增高第七章明渠恒定流13断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道。否则为非棱柱体渠道三、明渠的分类(二)----棱柱体和非棱柱体渠道147.2明渠均匀流特性及水力计算1、均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变，特别是水深h沿程不变，这个水深也称为正常水深。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，J=Js=i。即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。一、明渠均匀流的特性及产生条件：从力学意义上

7、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。明渠均匀流的特性15第七章明渠恒定流161、底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；2、渠道必须为顺坡(i>0)；3、渠道中没有建筑物的局部干扰；4、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。明渠均匀流产生的条件：只有在人工渠道才可能满足讨论117二、明渠均匀流水力计算的基本公式明渠均匀流计算的基本公式是谢才公式和曼宁公式，即K是流量模数，即当底坡i＝1时渠道中通过均匀流的流量，它综

8、合反映了明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。也可表示为：糙率的准确性非常重要第七章明渠恒定流18三、明渠均匀流水力计算的基本类型对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系:一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护面材料的种类，用经验方法来确定。第七章明渠恒定流19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,h确定Q;一、验算渠道的输水能力面积湿周水力半径流量第七章明渠恒定流20二、已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b，边坡系数m和