《明渠恒定流》PPT课件.ppt

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1、第八章明渠恒定流第八章明渠恒定流概述明渠:人工修建的渠道或天然形成的河道。特征:明渠流具有自由表面,又称无压流。恒定均匀流√非恒定均匀流×恒定非均匀流√非恒定非均匀流(专题）本章:明渠恒定均匀流研究内容:明渠水流特征、明渠输水能力的计算、明渠设计应用：排水渠道、排水管道。8.1明渠的类型1.按纵向几何条件划分:棱柱型渠道:断面形状、尺寸、底坡沿程不变的渠道。非棱柱型渠道:断面形状沿程改变，断面尺寸改变，或底坡沿程改变的渠道。2.按底坡的变化划分底坡,土渠,一般底坡很小（）,所以(1)顺坡渠道:(正坡

2、渠道)(2)平坡渠道:(3)逆坡渠道:(倒坡渠道)水流的过流断面取铅垂面,水深在铅垂线上量测。3.按横向几何条件梯形断面渠道、矩形断面渠道、复式断面渠道（梯形渠道、矩形渠道）4.明渠水力要素底宽:水深:边坡系数水面宽度:过流断面面积:湿周:水力半径:边坡系数表土的种类边坡系数土的种类边坡系数粉沙砾石、砂砾石沙壤土风化岩密实沙壤土、黄土、粘壤土未风化岩8.2明渠均匀流的特征及形成条件8.2.1明渠均匀流的特征(1)过流断面面积,水深沿程不变。(2)过流断面平均流速及断面流速分布沿程不变。（3）底坡线、

3、总水头线、水面线三线平行。即：（4）水体重力沿水流方向分力等于固体边壁对水流的摩阻力。即8.2.2明渠均匀流产生的条件(1)恒定流，无支流流出或汇入。(2)长直棱柱形渠道,且糙率不变.(3)顺坡渠道,即8.3明渠均匀流基本公式满足连续性方程:（8-7）满足动力方程:(8-8)式(8-8)为谢齐公式,C为谢齐系数,R为水力半径,J为水力坡度.令，代入达西公式对于均匀流,∵∴流量公式：令---流量模数则（1）满宁公式:（以米计）（2）巴甫洛夫斯基公式:式中---粗糙系数,(表5-3，查相关资料)谢齐系数

4、8.4水力最优断面与允许流速8.4.1水力最优断面定义:在底坡、糙率、过流断面一定的前提下，明渠输水能力最大的那种断面（形状、尺寸）。分析：湿周最小的几何形状：(圆形？矩形？梯形？）对于梯形断面渠道：二阶导数令水力最优宽深比说明：（1）在边坡系数m确定后，宽深比满足上式条件的渠道，为水力最优。（2）按水力最优断面设计的渠道属窄深型渠道，施工、维护困难。水力最优断面是根据流体力学原理建立的，工程上不一定最优。（3）水力最优断面适合小型渠道。（4）大、中型渠道不宜采用。有通航要求的渠道，还要考虑通航对水

5、深的要求。8.4.2允许流速不冲流速:渠道免遭冲刷的最大流速。不淤流速:渠道免遭淤积的最小流速。应用时，查表（8-3）（8-4）（8-5）和相关手册。8.5明渠均匀流水力计算上式有6个变量,一般边坡系数m、糙率n可预先知道。再根据工程条件确定3个量，求1个未知量。8.5.1校核渠道输水能力一般是对已成工程进行校核性计算，已知条件:b、h、、n、m解析法，8.5.2确定渠道的底坡此类问题为设计渠道的底坡,已知条件:Q、b、h、m、n，求解底坡。8.5.3确定渠道的断面尺寸此类问题为设计渠道的断面，已知

6、条件:Q、n、m、。∵该方程有6个变量，4个已知量，2个未知量，方程有多组解。∴方法是，根据工程条件，先确定底宽b或水深h，求水深h或底宽b。此类问题无解析法，只能用试算图解法或图解法。（1）确定渠道的正常水深(a)试算图解法:依工程条件确定底宽b，试算水深h。画图（曲线）求水深。aa-------------------------bb-------------------------cc-------------------------例某输水渠道，梯形断面，土质为沙壤土，底宽b=2m，通过流量

7、0.8m3/s，岸边有杂草，粗糙系数n=0.027，底坡为0.0012，边坡系数m=2.2，求正常水深？解：用试算—图解法，设一系列水深，列表计算0.3m0.789m23.450m0.23129.010.3850.41.1523.9340.29330.180.6520.51.5504.4170.31531.110.990由上表数据绘制的关系曲线，根据已知流量在图中求出正常水深。(b)图解法(2)确定渠道的底宽依工程条件确定水深h，试算底宽b。(方法与确定渠道的水深相同)8.6管道无压流的水力计算管道

8、无压流也属明渠水流，对于长直的排水管道，亦为均匀流，具有均匀流的水力特征，此外还具有另一特征，即，在达到满管流之前，流速达到最大值，流量也达到最大值。水力要素：---充满角---充满度当时，当时，管道无压流的水力计算公式:过流断面积:以弧度计湿周:水力半径:充满度:水力计算类型:(1)已知、、、，求输水能力Q。(2)已知Q、、、，求管道底。(3)已知、、、，求。本讲重点：1.明渠的分类。棱柱形渠道的概念。2.矩形渠道、梯形渠道的水力要素。3.明渠均匀流的特征和形成条件