第1章流体及其主要物理性质ppt课件.ppt

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1、EngineeringFluidMechanics工程流体力学中南大学第1章流体及其主要物理性质第2章流体静力学第3章流体动力学基础第4章流动阻力和水头损失第5章孔口、管嘴出流及有压管流第6章明渠均匀流第7章明渠水流的两种流态及其转换目录第六章明渠均匀流第一节概述第二节明渠均匀流特性及公式第三节水力最佳断面及允许流速第四节无压圆管均匀流基本内容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

2、。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。教学内容、重点及难点第一节概述明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明渠水流分类：明渠恒定流明渠非恒定流明渠均匀流明渠非均匀流明渠非均匀流无AAQCrosssectionA-A人工渠道、天然河道以及未被液流所充满的管道都是明渠流.明渠流与有压流区别有压管流：①具有封闭的湿周；②压力是流动的主要动力。明渠流：①具有自由水面（即水

3、面压强为大气压）；②重力是流动的主要动力；③明渠水面线即测压管水头线一、明渠横断面1.天然河道的横断面呈不规则形状，分主槽和滩地枯水期：水流过主槽丰水期：水流过主槽和滩地滩地主槽断面确定：根据地质条件2.人工明渠的横断面据渠道的断面形状分:梯形、矩形、圆形、抛物线形等hbdhθ岩石中开凿或条石砌筑或混凝土渠或木渠—矩形排水管道或无压隧道—圆形土质地基—梯形bBhm1α渠道底宽b渠中水深h水面宽度B过水断面面积A水力半径R断面宽深比边坡系数m：边坡上高差为1m的两点间的水平距离土壤种类边坡系数m粉砂3.0~5.3细沙2.5~3.5砂壤土2.

4、0~2.5粘砂壤土1.5~2.0粘土，密实黄土1.25~1.5卵石和砌石1.25~1.5半岩性的抗水的土壤0.5~1.25风化的岩石0.25~0.5未风化的岩石0.00~0.25m的大小应根据土的种类或护面情况而定，可查表二、明渠底坡底坡i—渠底高程沿水流方向单位距离的降落值称为底坡θ—渠底线与水平线之间的夹角如果用水平距离代替实际距离，用垂直水深代替实际水深明渠底坡有三种类型正（顺）坡i>0渠底高程沿流程降低平坡i=0渠底高程沿程不变负（逆）坡i<0渠底高程沿流程增加i>0i=0i<0三、明渠的分类按断面形状、尺寸是否沿程变化分棱柱体明渠

5、、非棱柱体明渠第二节明渠均匀流特性及基本公式一、明渠均匀流的特性（1）过水断面形状、尺寸、水深沿程不变，流速分布、平均流速均沿程不变（2）总水头线、水面线、渠底线三线平行J=Jp=i（3）摩擦阻力与重力分量相平衡Gsinθ=FTθihhJJpvv二、明渠均匀流的形成条件水流恒定，流量沿程不变正坡，底坡沿程不变棱柱体渠道，糙率沿程不变明渠足够长直，不受干扰图明渠中的流动均匀流段非均匀流段非均匀流段离开渠进口、或水工建筑物一定距离远的顺直棱柱体明渠恒定流天然河道某些顺直、整齐河段在枯、平水期三、明渠均匀流基本公式基本公式1)2)量纲流量流量模数

6、谢才公式谢才系数恒定均匀流谢才公式适用条件:阻力平方区i>0单位m.s?糙率n值的确定天然河道中影响糙率n值的因素①河床表面粗糙②断面的不规则、平弯情况、滩地交叉、河道阻碍情况③河堤沙坡影响随水深变化注意:选择时应谨慎。其选得偏小，渠道断面尺寸偏小，对实际输水能力影响较大。第三节水力最佳断面及允许流速一、明渠水力最优断面水力最佳断面：过流断面的面积、糙率、底坡一定,通过的流量最大的断面形状当Q=一定，要求：A→Amin当A=一定，要求：Q→Qmax面积、糙率、底坡一定,流量最大,要求R最大半圆形断面为水力最佳断面。梯形断面的最佳宽深比，Rm

7、=hm/2矩形断面的最佳宽深比，bm=2hm“水力最佳”不是“技术经济最佳”综合考虑水力最佳断面不太合理例如一般土渠边坡m>1，βm<1，是深窄形断面，需深挖高填，造成施工不便、维护管理困难；水深变化大，给通航和灌溉带来不便，经济上反而不利。因此，限制了水力最佳断面在实际中应用.保证渠道正常运行的允许流速上限和下限值不淤流速v’’渠道中悬沙淤积的临界流速，取决于水流条件和挟沙的特性以及水中含沙量大小，可根据经验公式确定。不冲流速v’渠道冲刷的临界断面平均流速，取决定于渠壁材料的物理性质和水深，可查阅有关水利设计手册。二、允许流速梯形断面最佳

8、宽深比根据已知的Q,i,n,m和b=0.61h,得:水力最佳断面【例】一条路基排水沟，底坡i=0.005;n=0.025,m=1.5;要求通过流量,试按水力最佳断面的原理求出此排