第五章明渠恒定均匀流 ppt课件

1、第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流 明渠水流在水利工程中或是明渠水流在水利工程中或是在自然界都是常见的，例如：水在自然界都是常见的，例如：水电站引水渠、灌溉渠、排水渠、电站引水渠、灌溉渠、排水渠、运河、无压隧洞和下水道等人工运河、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渠道中的水流以及天然河道中的水流均为明渠水流。当明渠水流水流均为明渠水流。当明渠水流过水断面的平均流速及水深均沿过水断面的平均流速及水深均沿程不变，或更严厉地讲，当渠中程不变，或更严厉地讲，当渠中水流的流线为一簇相互平行的直水流的流线为一簇相互平行的直线时，称为明渠均匀流。否那么，线时，称为明渠均匀流。否那么，

2、称为明渠非均匀流。从力学的观称为明渠非均匀流。从力学的观念看，明渠均匀流动是一种直线念看，明渠均匀流动是一种直线等速运动。等速运动。水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流5.1 5.1 明渠的类型及其对水流运明渠的类型及其对水流运动的影响动的影响 明渠的渠身及其沿流动方向明渠的渠身及其沿流动方向的倾斜程度的倾斜程度( ( 称作底坡称作底坡 ) )，是水，是水流边境的几何条件。一定方式的流边境的几何条件。一定方式的边境几何条件，给予水流运动一边境几何条件，给予水流运动一定的影响。所以为了了解水流运定的影响。所以为了了解水流运动的特征，必需先对影响明渠水动的特征，必需先对影

3、响明渠水流运动的边境几何条件进展分析。流运动的边境几何条件进展分析。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流一、明渠的横断面一、明渠的横断面 人工明渠的横断面，通常作人工明渠的横断面，通常作成对称的几何外形。例如常见的成对称的几何外形。例如常见的梯形、矩形或圆形等。至于河道梯形、矩形或圆形等。至于河道的横断面，那么常呈不规那么的的横断面，那么常呈不规那么的外形。外形。 而根据渠道的断面外形、尺而根据渠道的断面外形、尺寸，就可以计算渠道过水断面的寸，就可以计算渠道过水断面的水利要素。水利要素。水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流工程中运用最广的是

4、梯形渠道，工程中运用最广的是梯形渠道，其过水断面的诸水利要素关系如其过水断面的诸水利要素关系如下：下： 水面宽度：水面宽度： B=b+2mhB=b+2mh 过水断面面积：过水断面面积： A=(b+mh)hA=(b+mh)h 湿周：湿周： 水力半径：水力半径： 水水力力学学讲讲义义212mhbx212)(mhbhmhbxAR第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流二、明渠的底坡二、明渠的底坡 底坡：明渠渠底倾斜的程度底坡：明渠渠底倾斜的程度称为底坡。以符号称为底坡。以符号i i表表示，示，i i等于渠底线与程度线夹角口等于渠底线与程度线夹角口的正弦即的正弦即i iSinSin。 明渠有三种底坡

5、：顺坡、平明渠有三种底坡：顺坡、平坡和逆坡坡和逆坡水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流顺坡：顺坡： i0i0，明槽槽底沿程降低，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。者称为正坡或顺坡。 平坡：平坡： i=0i=0，明槽槽底高程沿程，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。不变者称为平坡。 逆坡：逆坡： i0i0)(i0)； 3 3、渠道中没有建筑物的局、渠道中没有建筑物的局部干扰；部干扰； 4 4、明渠中的水流必需是恒、明渠中的水流必需是恒定的，沿程无水流的汇入、汇定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。出，即流量不变。 水水力力学学讲讲义义水水力力学学讲讲义义假设您有任何问题

6、，假设您有任何问题，请毫不犹疑地提出请毫不犹疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !欢欢 迎迎 提提 问问第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流5.3 5.3 明渠均匀流的计算公式明渠均匀流的计算公式明渠均匀流计算的根本公式是谢明渠均匀流计算的根本公式是谢才公式和曼宁公式，即才公式和曼宁公式，即 也可表示为：也可表示为： 式中式中K K是流量模数，它表示当底坡是流量模数，它

7、表示当底坡i i1 1时渠道中经过均匀流的流量。时渠道中经过均匀流的流量。 水水力力学学讲讲义义iRCV nRC6/1iKiRACQiQnARRACK3/2水水力力学学讲讲义义假设您有任何问题，假设您有任何问题，请毫不犹疑地提出请毫不犹疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !欢欢 迎迎 提提 问问第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流5.4 5.4 水利最正确断面及允许流水

8、利最正确断面及允许流速速一、水力最正确断面一、水力最正确断面 水力最正确断面水力最正确断面the best the best hydraulic sectionhydraulic section：是指当渠：是指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，道底坡、糙率及面积大小一定时，经过最大流量时的断面方式。经过最大流量时的断面方式。对于明渠均匀流，有：对于明渠均匀流，有： 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流 阐明：阐明： 1 1具有水力最正确断面的明具有水力最正确断面的明渠均匀流，当渠均匀流，当i i，n n，A A给定时，水给定时，水力半径力半径R R 最大，即湿周最大，

9、即湿周P P 最小的最小的断面能经过最大的流量。断面能经过最大的流量。 2 2i i，n n，A A给定时，湿周给定时，湿周P P最小的断面是圆形断面，最小的断面是圆形断面， 即圆管即圆管为水力最正确断面。为水力最正确断面。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流1 1、梯形过水断面渠道的水力最正、梯形过水断面渠道的水力最正确断面确断面 梯形水力最正确断面的宽深比值梯形水力最正确断面的宽深比值为：为： 此时：此时： 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流2 2、矩形断面的水力最正确断面、矩形断面的水力最正确断面 矩形断面，矩形断面，m =0m =

10、0，那么：，那么： 即矩形渠道水力最优断面的底即矩形渠道水力最优断面的底宽是水深的两倍。宽是水深的两倍。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流结论：结论： 1 1梯形水力最正确断面的宽梯形水力最正确断面的宽深比仅是边坡系数深比仅是边坡系数 m m 的函数。的函数。 2 2在任何边坡系数的情况下，在任何边坡系数的情况下，水力最正确梯形断面的水力半径水力最正确梯形断面的水力半径 R R 为水深为水深 h h 的一半。的一半。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流二、允许流速二、允许流速 允许流速是为了坚持渠道平允许流速是为了坚持渠道平安稳定运转在

11、流速上的限制，包安稳定运转在流速上的限制，包括不冲流速、不淤流速和其它运括不冲流速、不淤流速和其它运转管理要求的流速限制。在实践转管理要求的流速限制。在实践明渠均匀流计算中必需结合工程明渠均匀流计算中必需结合工程要求进展校核。要求进展校核。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流在设计中，要求渠道流速在设计中，要求渠道流速v v在不冲、在不冲、不淤的允许流速范围内，即：不淤的允许流速范围内，即： 式中：式中： 不冲允许流速不冲允许流速m/sm/s，根据壁面资料定。，根据壁面资料定。 不淤允许流速不淤允许流速m/sm/s。同时思索防止渠。同时思索防止渠 中繁殖杂草，普通中

12、繁殖杂草，普通流速应大于流速应大于0.5m/s0.5m/s。 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流例题例题1 1： 有一梯形断面中壤土渠道，有一梯形断面中壤土渠道，知：渠中经过的流量知：渠中经过的流量Q=5m3/sQ=5m3/s，边，边坡系数坡系数m =1.0m =1.0，粗糙系数，粗糙系数n=0.020 n=0.020 ，底坡，底坡i=0.0002i=0.0002。试求：。试求：1 1按水力最正确条件设计断面；按水力最正确条件设计断面；2 2假设宽深比假设宽深比b =2b =2来设计断面，来设计断面，检查渠中流速能否满足不冲条件。检查渠中流速能否满足不冲条件。 水水

13、力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流5.5 5.5 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算一、验算渠道的输水才干一、验算渠道的输水才干 对已成渠道进展校核性的水对已成渠道进展校核性的水力计算，特别是验算渠道的输水力计算，特别是验算渠道的输水才干。即知：才干。即知：n,i,b,h n,i,b,h 确定确定Q ; Q ; 直接用公式直接用公式: : 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流二、知渠道的设计流量二、知渠道的设计流量Q Q、底坡、底坡i i、底宽底宽b b、边坡系数、边坡系数m m和粗糙系数和粗糙系数n n，求水深求水深h h。三、知渠道的

14、设计流量三、知渠道的设计流量Q Q、底坡、底坡i i、水深水深h h、边坡系数、边坡系数m m及粗糙系数及粗糙系数n n，求渠道底宽求渠道底宽b b。水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流四、确定渠道的底坡四、确定渠道的底坡 知渠道的土壤或护面资料、知渠道的土壤或护面资料、设计流量以及断面的几何尺寸，设计流量以及断面的几何尺寸，即知即知 n n，Q Q 和和b b，m m，h h 各量，确各量，确定渠道的底坡定渠道的底坡I : I : 水水力力学学讲讲义义第五章第五章 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流五、确定渠道的断面尺寸五、确定渠道的断面尺寸 知流量知流量Q Q、流速、流

15、速v v、渠道底坡、渠道底坡i i、边坡系数边坡系数m m 及粗糙系数及粗糙系数n n，要求设，要求设计渠道的断面尺寸，即确定渠道计渠道的断面尺寸，即确定渠道的底宽的底宽b b 和水深和水深h h。水水力力学学讲讲义义水水力力学学讲讲义义假设您有任何问题，假设您有任何问题，请毫不犹疑地提出请毫不犹疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !欢欢 迎迎 提提 问问第五章第五章 明渠恒

16、定均匀流明渠恒定均匀流 谢谢 谢！谢！水水力力学学讲讲义义肚松衯宸&愮鐝D)? $?d悡!餯怉 扈鋹A 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/D 既 脝?窗? 兡蓟癟鑳 D?兗? t 穃$0嬅7D胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hD j o?3葏蓇 3繼伞銨? 3覌耺 缻D?B凓du鞁 ?V悏鳆鸖 卯嬺嬝擛吚憢 塒鼢 媀 ?塧X B ?6?镞P?塓 =?輧棵廤UQ嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 S ;聈 %谶蚩魅婥? F ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gZ_摞?跌u孄?餽p嬑 Jk萘秣?k贤wb#u 媜 7w兀?)鱱H秒?Y? 麐z 蟏?=?傉哙?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙

17、;鹵?Y%惢_?&嬟嬸侢 ?S? V鄟?佹饟 j oh?V 孁?3黷#嬘胳幥 I鳻聋茓 P$ ?荱嬞稠- J 纉 焗豒m?u馫VI)H纞潈; 矸?揿塋!魄舩?屗塗$9鑺 锂?艍)?婋Q浣=鼖s顆F嬈 ?2w聟F+W?:脄汄y賰亥I?p礪?wa 飞;Z厬 圪?呂Z?拶?騚咡譪 4#涨?鞗籽?菮=PM櫶k?卌蠑?q駜6项縠餗q鹰|U鬨滗歒?淬盭睟覙6u姮?M+/l!ol 諉:?5?磐嵸?錺潗 T?鈪醞3h袳 牒 唣?罐CB? 捓铹k 挭鑈p衈聮嗌 蜞敏?l 孰PB潉?潕肚松衯?雎挥=?牓2d?h糖 =M 痞 ?(瘣滸?( h?棧哐锒$*?z 3蓚W 傯= %u旄 冏?塧 ?腦?U ZYY

18、h?w鹁?镁+x脲燴哠K?q 梽桃 羀徬 ? w? 錭X?C?e ?gei鎃+, nit噈鲃 c ?u锳 9 硄 轻儍L8踇縎; W岐?u rH ?Wx鵛 8 吷y 兞 恋W 六 堲?-猴w兂.+嬼? 墎 娮 ?嗠鸊GiJ倭r J ?侜!?u?唻蕛? 凓 | ? 縖鸹嬔r 責 | A伾 鼐*?% 磣嬓冴 苻 高 Hv霼?m | 兪 T?4撠 ? 聝 ?飌Z0?t蕞筍讧?3 髀続c?p? t 壉鄪Mr +?p ; 8齚 p 蕞驱_嬝3? ?%?佝較#?u 嬻芺婩 *?莀X _ ? 萄阯K詴qM? x拱曃 ?鳡?+腰 +?艃? ?U? 葭?橗?岶 %媗祆 ?呿祴?峙 % Ms?叫篂?X ?$ ?F笂 斚汶弸邏s?苾铏p荫渌? 呉坡Y询生蓯籀 塡塠= ?鬋 昆?SZ ?|_)5隠瑾.觠0峗E ?王?謷呻 u?蓌 X0 ?艣专 ?u?