水力学系统讲义第八章明渠流动

第八章明渠流动基本概念明渠（channel）：人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。明渠流（channelflow）：具有露在大气中的自由液面的槽内液体流动称为明渠流（明槽流）或无压流或重力流。明渠流与满管流最大的区别在于前者是无压流，而后者是有压流

明渠流动的特点：具有自由液面，为无压流（满管流为压力流）；重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）；湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长,不等于过水断面的周长；渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减小；边界突然变化时（有控制设备、渠道形状和尺寸变化时），影响范围大。明盯渠陵的催分滔类按明域渠断脖面形籍状分夏：梯卷形躬：绪常拾用虚的反断羡面专形堤状矩形腰：用侍于小抗型灌届溉渠舰道当情中抛罚物供线伪形余：抽较歌少愈使忌用圆形犬：为驳水力愈最优右断面币，常夏用于嫌城市固的排堡水系油统中复他合扣式抓：饼常葡用灾于特丰亏、杠枯武水叼量滤悬浓殊堵的测渠消道科中明持渠骂的挎分匆类按振明辰渠樱的脊断钥面田形刻状引和醉尺邮寸零是蔬否虽变栗化肚分拳：棱什柱谅形伏渠者道贝：蜂断净面料形扬状迷和茂尺饶寸板沿会程临不役变令的车长王直正明稀渠顷，家过耍水唯断秩面太面早积灶只夺随量水花深铜改阔变偷而织改策变A=f笼(铲h)非棱割柱形滴渠道犹：断槐面形翁状和皇尺寸像沿程畅不断遮变化矛的明描渠，过电水诊断华面搬面诸积既随倍水亩深变化拌又随察断面连位置坡变化A=f(馒h,悟s)棱柱称形渠隐道非慎棱仙柱亲形种渠竭道非黎棱价柱锁体负渠区道帐中眨，千流住线耐也池会责是谊平狐行我直疑线淡，故夏水剩流火也孔可笔能泛形山成预均闷匀李流引水发工程输的水撑涵针洞牢施照工小绣河至沟负渡屡槽土难耳版其懂渡掘槽渠乳道志工级程二贡滩姓泄鞠洪欺洞明妨渠怪的而底助坡渠倚底索线巴（锡底粮坡葡线返、螺河踢底趟线层）枣：沿渠探道中敌心所奇作的劝铅垂窗面与注渠底桨的交碰线水面呼线：芽沿渠谣道中迎心所壶作的奶铅垂逼面与馅水面锄的交鸽线底坡(i炭)：明耗渠渠让底线练在单攀位长砍度内踏的高资程差,表示半明渠矿渠底活的纵叙向倾付斜程浊度式中圣，z为俯渠厨底露高帮程但差冷；l为两雁断面川间的吐渠长赴；叔为去渠茅底吴与灶水货平塔面限间罚的先夹烫角林，z1为上皱游断迫面渠子底高酒程；z2为下异游断岂面渠存底高福程实穴际肌工俩程蚁中折，乎一伐般哥渠遗道承坡伍度撞都泉很愉小疼，倍为捕便怕于匆测约量挪计和算埋，一康般党取妙两毕断违面摆间括的负水既平利距俩离倘代向替趋渠暑底早线珠长贯度顺辈坡帐（导正丑坡替）贪：渠底挠高程榴沿流驻程下费降的懂底坡平坡箭：渠底咱高程灯沿流因程不性变的尚底坡逆鬼坡煮（蜡负拌坡谱）摔：渠底坦高程迟沿流缩慧程升还高的连底坡明杂渠辅均垃匀碌流水膨力丘特眯征过水想断面训的形称状和忍大小蹲沿程驶不变过水俭断面欣水深艺、流例速分贷布沿云程不蚊变，冰因而毙断面泽流量慕、断洲面平堵均流许速、停动能能修正黎系数安、动仅量修格正系看数以教及流道速水破头沿剑程不答变。议流动罚中的旨水头乞损失伍只有塌沿程图水头回损失图而没猜有局唇部水遮头损侮失总侍水感头眉线汗坡优度甘、牌测香压陪管详水湾头躬线恭坡动度跑和盘渠宿底剃坡翁度巴彼中此欢相扮同娃，础即J=Jp=i明逢渠卫均床匀坝流针是窃一针种千等番速娘直腊线架运课动葵，眉没肥有什加限速心度企，所以达作用昆在水瓣体上柄的各其种外柱力将误保持辣平衡注，即蜂：而图珠中两胶断面芝完全甩相等肉，两思断面诵的动盈水压恋强分醋布符首合静迈水压惜强裕分吹布绒规桃律臂，慕动侦水匪压半力P1，P2大胜小爪相粉等异方豆向柜相疏反勿，农所向以此式款表明悬，明奋渠均令匀流慎是水压流的扒重力赤在流帐动方灯向上主的分布量与水题流限的柿摩五擦近阻潮力遗达箩到吨平柿衡固时移的厘一灾种饰流酷动以2-尝2断面江渠底余水平狡面为险基准锻面，同对1-绣1和2-考2断面他列能歉量方抹程：从能猴量角默度看悦，在穗明渠偏均匀蛋流动竖中，边对单坏位重子量的性水体尼，重惧力所屿做的虑功正疫好等患于阻撑力所壳做的晓功。德即，帜水体诱的动间能沿辫程不蓬变，足势能被沿程外减少确，表扣现为鼻水面熄沿程址下降驴，势查能减境少值讽正好可等于够水流健因克脾服阻让力而困消耗赴的能级量明渠规均匀床流的座形成坟条件明渠登水流愉恒定册，沿闸程无邻水流辫的汇发入、本汇出择，即冤流量状沿程件不变渠道巧为长渴直的狠棱柱蓄形顺逢坡渠月道底坡勒、粗默糙系潮数沿谜程不策变渠蚕道猎沿慎程俊没味有捞建盈筑耀物上或偿障肾碍迹物阵的纯局串部货干墓扰只有便在人笼工渠道道才动可能夸满足为辉什礼么膨只彩有次在堵正顷坡坦渠翅道股上稳才蔑能骄产拾生顿均筐匀物流许，生而阴平煮坡纹和无逆谣坡野则见没幼有柜可胖能躺？水昂流诊由征于津粘烦性泥在叹流川动洒过暗程匙中灾产仰生陈了漠阻勉力堂，郑阻截力哄作炸负迁功肤消额耗狡能睬量斯，跪而绢在处正胜坡长渠宰道阁中娘，玩因旦高寄程房诚降胳低弊，畏重姨力体势拔能骗降炕低蛇可碧用幼来萝克刊服方阻缺力慎所纤损撇耗沿的犬能揉量恋。运在苹平奏坡秆和扇逆脂坡疾中,重力蔑是不咏做功枪或做艰负功哄的，迫无法斥提供膛阻力薪所损益耗的渐能量蜘，所夹以不蜘可能疯产生康均匀哈流。明蔬渠吊均逢匀庸流搁的鲁计婆算术公全式明渠减流动系一般偷属于至湍流症阻力姿平方斥区，察其基投本公蜡式为领连续链性方姑程和恨谢才鬼公式继：其室中K为牧明帖渠厉水性流妇的宜流肌量处模肉数过水单断面垃的几歇何要竖素基本朝量：b—底厚宽捆；h—水捎深腰；m—边筐坡说系亚数m=c戏ot。m越泰大币，哗边狮坡格越码缓赵；m越小巷，边尘坡越乖陡；m=纺0时是渗矩形避断面召。m根能据守边脂坡截岩淘土互性哪质损及季设林计肝范箭围编来今选卫定乔。导出尽量：水面伟宽B=承b+妙2m述h过水虾断面折面积A娱=尝(b+者mh脸)h湿沉周水屠力赠半膊径明渠倍水力窃最优巩断面水防力渡最秒优淹断风面宗：合是钞指皆当霜渠绵道些底宪坡墓、吼糙仍率敬及跨面醉积叫大蚁小唐一转定茅时检，邮通萝过叉最西大繁流逢量昂时键的誉断顶面观形仙式狗。说挥明罩：1）具凶有水纲力最梳优断埋面的丢明渠戴均匀拣流，总当i，n，A给梁定芳时蹄，水兄力核半业径R最阵大伯，柱即卵湿战周最小甘的断恒面能付通过领最大养的流顺量。2）i，n，A给铸定画时推，锄湿头周最小吗的断尖面是预圆形稻断面学，即圆悄管为延水力医最优嗓断面纳。1.各六断拆面杯的渗长屑直挖渠鱼道蚀，号具葬有匆相也同撇的位粗秆糙段系嫩数n，丈断腿面积A，底锯坡i，其属通过填流量饥最大虹的断隆面形圾状为A、正苏三角澡形；B、半睬正方递形；C、泰半酱正腿六迎边昌形馒；D、半疮圆形偶。2.有熟一舍矩洁形芳断稿面笑渠查道旨，便坡威底涌、拼糙雕率呢和郑过状水的断多面虹面队积萄给定顶的扫条否件港下创，危下需列亏哪享个迎端邪面拍尺者寸象的商过妄流尿能但力乌最庭大另：A、b=先4茫.招5输m，h=砌1历.梳0石m；B、b=痰2厨.怪2宣5郑m，h=薪2持.刷0孩m；C、b=3佩m，h=1尖.5舍m；D、b=慎1拨.爷0或m，h=4过.5伸m。注论意聪：坑水挽力仇最电优悠断僻面摄的刻水召力甩半呜径助是把水牧深察的灰一蹄半拣，雕即R=h/委2，的而对厦于掀梯漫形物断籍面毛有默：焰，我矩紧形午断音面涉有b=2h。协由躲于悼在瓦实际中追一般制，烦这时b<h是一季种窄攻深式迷断面芬，施归工开脆挖、持维修管炭理局都副不脑经呈济愤，女所鲁以尤它支只乌是响水否力公最拾优毅，亡不锈一轰定皱是汽设牧计刑中挽的悠最佳仓断抹面权。例：母有一华梯形在断面司中壤康土渠址道，斧已知颠：渠洁中通角过的尼流量Q=5学m3/记s，著边杀坡埋系首数m=林1两.艳0，粗禁糙系颈数n=0晒.0输20，桌底花坡i=堂0遍.萝0蹄0调0哑2。续试经求描：损（1）按固水力蛾最优娱条件漠设计影断面剑；（2）详若灿按询宽嘴深桂比=2来设惕计断泰面，倦检查炼渠中利流速绒是否扭满足喜不冲勒条件要（中披壤很土满渠躺道岩不市冲秤流涉速访为0慈.稿6咏4日~讲0狸.膜8柴4代m都/朝s）解工：去按屈水天力身最丽优穿条取件敌计哪算中壤学土渠犯道不赌冲流拥速为0.嫩64京~0框.8驰4m显/s，族所放以瓜渠盲道僻满敬足防不股冲寺条咳件允许笼流速为确淘保渠山道能砍长期偏稳定赢地通樱水，唇设计韵流速东应控横制在棒不冲刷疏渠倒床毯，矛也弹不效使梯水累中导悬另浮输的美泥刃沙遮沉幼降严淤喇积励于壁渠驶底反的戒不武冲卡不因淤范围创内，莲即[v破]m将a初x>v远>[v燥]m阴i赌n式赶中[v]ma坦x为渠慎道不抛被冲象刷的恒最大不允许既流速碗，即煮不冲扩允许周流速[v朱]mi糟n为渠楚道不见被淤伞积的算最小馋允许配流速爆，即脉不淤保允许塘流速渠道亦的不升冲允愁许流酿速[v]m铃a买x的指大锻小顶取傍决携于落土工质己情邮况怕、回护侦面智材渐料坦以遥及流通声过坑流裂量音等狮要她素愿。狮为床防做止碌泥冷沙背淤冤积穷或棕水移草加滋做生挂，拨不倍淤梁允惭许仇流喷速慰可必取0倚.努4习m芳/呜s明渠饥均匀蛛流的庄水力辜计算两梅条寸棱泰柱棉形期渠持道阅的叼断准面联形谣状渴和拒尺踢寸竿、荡流幻玉量翠均愁相挺同美，朴在塞糙斜率n相饶同凳，丙底漏坡i1>i2条节件绑下搏，恒肯悔定沟有甘两孕渠洽道忠的颤正爬常丙水脾深h01<h02？明渠悼均匀去流水贪力计极算的宋基本垦问题验算叮渠道阔的输绪水能睡力已知乐渠道注断面犁形状营及大牧小、淹渠道跟的粗简糙系冷数、迈渠道删的底爬坡，赶求渠话道的屡输水台能力亡，即谊已知K、i，写求造流须量Q。踢这丢类旋问侄题撑主阳要夏是忠校饺核伸已它建衫成所渠篮道趴的史输垫水涨能琴力玩。确定嘱渠道秤底坡已知栽渠道争断面递尺寸偿、粗才糙系掏数、侄通过捎流量珠或流淡速，拜设计摆渠道灾的底紫坡，驴即已罪知Q、K，宝求i。确定蚕渠道狼断面筝尺寸已煎知富渠拦道究输爪水邀量Q、局底桐坡i、孝粗妥糙派系体数n及边步坡系泊数m，求纳渠道吧断面狸尺寸b和h。这喊时将书有多云组解此，为指得到网确定津解，桌需要贞另外具补充冈条件麻。确煮定冶渠旨道阿断位面俭尺死寸水深h已定车，求鹊相应羊的底撞宽b给豆出输几鄙个筋不俯同降的b值，飘计算蹄相应戒的K值场，娱根去据们若勒干当对b和K值齐，朗绘碧出K找=f(叔b)曲线卵。由记给混定妨的Q和i，您计泛算披出K从图童中找会出对才应于裙步骤秃二中籍计算工的K所监对负应招的b值炼，迎即愤为宋所揪求钻的香底殿宽b底宽b已知捧，求该相应棋的水视深h给橡出经几揭个怎不家同呆的h值，煎计算喊相应翁的K值，盈根据寇若干箱对h和K值，凡绘出K包=f热(烟h)曲线线。由给剧定的Q和i，计凯算出K从沙图绩中伐找骑出狱对应应孝于太步位骤体二吧中筛计培算劫的K所对蜓应的h值武，迁即废为浑所旧求蚁的鸣水级深h按童水键力读最部优度断丛面跟条帖件围，护求火相栽应幅的b和h按随当辞地每土惑质获条张件余确羊定冬边泰坡修系贱数m值袄，砍在葱水少力运最悔优汇时信，仅建齿立b旬=住h的附府加条贩件按绒最姿大巾允容许缠不陶冲渐流毛速[v所]m拣a鼠x,求相寄应的b和h验塌算斗渠摩道轻的芝输赔水折能搜力例成某路电勇站旗引袖水舞渠线，底粗枪糙愁度连系刚数n为0.熔03，线断胞面杰为衔梯党形晕，吸边虑坡宽系删数m=猪1.距5，底李宽b=戏34删m，呢底滔坡i=碗1/解65圆00，渠域底至佛堤顶抓的高拢差为3.绳2m。电鸟站已介用流壳量Q为67冬m3/s塞,因逝工达业摘发作展静需妥要赶，随要李求栗渠闹道唤供话给乖工识业亏用绝水互，寻试聪计陡算敏渠象道村在需保付证迁堤库岸贱超触高户为0限.剂5蒜m的练条姜件唱下搅，课除邮电牌站从引村用览流教量圣外比，鬼尚愁能栏供拍给这工丛业忧用锁水绸多恼少橡？解：弹按均雄匀流慕计算释，当田超高椅为0.越5m时，必渠中判水深h=纪3.政2-悬0.趟5=堡2.产7m，渡此祝时们断翼面符要景素筛为管：例什某渠滔道全扎长58树8m，烘矩姻形时钢油筋成混霉凝区土俭渠全身啦（n利=关0醒.克0凭1掏4）,通过饥流量Q=锣25揪.6忆m3/s耗,过水游断面享宽5尤.久1锦m，舟水犬深3辞.篇0叉8发m，问万渠底瞧坡度午应为呜多少妹？并借校核膨渠道剖流速飞是否沙满足列通航待要求得（通鹅航允捆许流跑速[v败]蔬≤1漆.8另m/雄s）确肚定禽渠腿道士底撤坡解财：确掀定键渠熔道保断答面颜尺器寸某引帝水渠葡，粗名糙度六系数n=径0.蛇02争5，诉边返坡毯系的数m=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