《明渠恒定均勻流》PPT課件VIP

明渠恒定均勻流,1明渠均勻流特性,3明渠均勻流的水力計(jì)算,2明渠均勻流的產(chǎn)生條件,4明渠均勻流的其他問題,過水?dāng)嗝嫘螤睢⒊叽?、水深沿程不?過水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸、水深沿程不?斷面流速分布斷面平均流速流量動能修正系數(shù)等沿程不變,過水?dāng)嗝嫘螤睢⒊叽?、水深沿程不?斷面流速分布斷面平均流速流量動能修正系數(shù)等沿程不變,底坡、水面坡度、總水頭線互相平行,底坡、水面坡度、總水頭線互相平行,明渠恒定均勻流,1明渠均勻流特性,3明渠均勻流的水力計(jì)算,2明渠均勻流的產(chǎn)生條件,4明渠均勻流的其他問題,充分必要條件力學(xué)條件渠壁摩擦阻力與水重力在流動方向的分力始終平衡（大小相等，方向相反）能量條件水面下降值始終等于水頭損失,由水流向動量方程:由均勻流條件：P1P2；v1v2,實(shí)際渠中總有各種建筑物。因此，多數(shù)明渠流是非均勻流。嚴(yán)格說，不存在明渠均勻流，均勻流是對明渠流動的一種概化。,近似符合這些條件的人工渠、河道中一些流段可認(rèn)為是均勻流。離開渠進(jìn)口、或水工建筑物一定距離遠(yuǎn)的順直棱柱體明渠恒定流天然河道某些順直、整齊河段在枯、平水期,明渠恒定均勻流,1明渠均勻流特性,3明渠均勻流的水力計(jì)算,2明渠均勻流的產(chǎn)生條件,4明渠均勻流的其他問題,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算方法3.2計(jì)算類型,由謝才公式基于明渠水流資料獲得的經(jīng)驗(yàn)公式,1769年,謝才（A.Chezy）,總結(jié)了一系列渠道水流實(shí)測資料的基礎(chǔ)上,提出明渠均勻流流速與流量的經(jīng)驗(yàn)公式謝才公式，以后又有確定謝才系數(shù)的滿寧公式（R.Manning）、巴普洛甫斯基公式。,對于明渠均勻流，A為過水面積，則,式中，為流量模數(shù),K綜合反映斷面形狀、尺寸、水深、糙率對過水能力的影響。物理意義：水力坡度為1時(shí)的流量（當(dāng)i=1時(shí)，Q=K）。單位：（m3/s）,謝才系數(shù)C反映斷面形狀、尺寸和邊壁粗糙程度的一個綜合系數(shù)。常用曼寧公式計(jì)算,R：水力半徑，以米（m）計(jì)n：糙率,某渠設(shè)計(jì)時(shí)選n=0.015，竣工后實(shí)測0.016。設(shè)計(jì)水深時(shí)，渠道過不了設(shè)計(jì)流量（比設(shè)計(jì)流量?。?。通過一定流量時(shí)，實(shí)際水深比設(shè)計(jì)計(jì)算的水深大，可能造成水漫渠頂事故。,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,由均勻流公式,有6個變量（含Q）,邊坡系數(shù)m和糙率n一般根據(jù)土質(zhì)、或襯砌材料用經(jīng)驗(yàn)法確定,水力計(jì)算任務(wù)給定Q、b、h、i中三個，求解另一個,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,計(jì)算類型,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,已知斷面形狀、b、h、m、底坡i、糙率n校核流量Q,一電站已建引水渠為梯形斷面，m=1.5，底寬b=35m，n=0.03，i=1/6500，渠底到堤頂高程差為3.2m，電站引水流量Q=67m3/s。因工業(yè)發(fā)展需要，要求渠道供給工業(yè)用水。試計(jì)算超高0.5m條件下，除電站引用流量外,還能供給工業(yè)用水若干？,渠中水深,過水?dāng)嗝?濕周,水力半徑,謝才系數(shù),流量,保證電站引用流量下，渠道還可提供用水量：77.467.0=10.4m3/s,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,已知Q、i、n，b、m，求h？,Q、b、m、n及i已知，h為待求量上式含h的高次隱函數(shù)，不可直接求解,迭代計(jì)算,假定h,結(jié)束,y,n,渠堤高度：h+超高=3.3+0.5=3.8m,解,一梯形斷面，m=1.0，漿砌石砌護(hù)n=0.025，i=1/800b=6.0m，設(shè)計(jì)流量70m3/s，確定堤頂高度（超高0.5m）,試算圖解（計(jì)算器、Excel、Matlab等）,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,已知渠道設(shè)計(jì)流量Q、i、n，h、m，求b？方法與求h0相同，采用迭代法、試算圖解法,例一矩形斷面渡槽，為預(yù)制鋼筋混凝土n=0.013，設(shè)計(jì)流量Q=31m3/s，i=1/1000，h=3.5m，計(jì)算b？,解：用迭代法計(jì)算,將Q=31m3/s，i=1/1000，h=3.5m，n=0.013代入得,簡化,b=3.35m,圖解試算法計(jì)算,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,例一矩形斷面渡槽，b=2.0m，槽長l=120.m進(jìn)口處槽底高程z1=50.0m，槽身為預(yù)制混凝土n=0.013，設(shè)計(jì)流量Q=10.0m3/s，槽中水深為h=1.8m。試求：（1）求渡槽出口底部高程z？（2）當(dāng)渡槽通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，槽內(nèi)均勻流水深隨底坡的變化規(guī)律,解,當(dāng)渡槽通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，槽內(nèi)均勻流水深隨底坡的變化規(guī)律，即求hi的關(guān)系曲線（流量一定）,正常水深h與底坡i的關(guān)系是：i增大，h0減小,原因,i越大，底坡越陡，重力分力越大，流速愈大,極限值,i0,h,平坡不可能出現(xiàn)均勻流,3明渠均勻流的水力計(jì)算,3.1基本公式3.2計(jì)算任務(wù)3.2計(jì)算類型,已知Q、v、i、n，m，設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸,問題分析,例一梯形渠道，流量Q=19.6m3/s，流速v=1.45m/s，m=1.0，糙率n=0.02，i=0.0007，試求渠道斷面b及h？,明渠恒定均勻流,1明渠均勻流特性,3明渠均勻流的水力計(jì)算,2明渠均勻流的產(chǎn)生條件,4明渠均勻流的其他問題,4.1水力最佳斷面,4.2允許流速,4.3復(fù)式斷面明渠水力計(jì)算,4明渠均勻流的其他問題,Q=f(i,n,斷面形狀和尺寸)底坡i：根據(jù)地形條件、技術(shù)條件考慮選定糙率n：取決于渠壁材料因此，在i，n已定條件下，從水力條件出發(fā)，渠道最經(jīng)濟(jì)斷面？,從水力條件出發(fā)，渠道最經(jīng)濟(jì)斷面？什么是渠道水力最佳斷面？什么輪廓形狀？,均勻流算公式,Wheni,n,A=GivenminRRmaxQQmax,水力最佳斷面條件,明渠最佳斷面形狀：半圓形原因：由幾何學(xué)知識，面積相同圖形中，周界最小的斷面為圓形。預(yù)制鋼筋混凝土鋼絲網(wǎng)水泥渡槽但土渠難挖成半圓形，且兩岸邊坡不穩(wěn)定,從地質(zhì)和施工條件考慮，工程中接近圓形斷面形狀的土渠為梯形斷面,梯形明渠水力最佳斷面條件,m：梯形最佳斷面的寬深比,綜合考慮水力最佳斷面不太合理,綜合考慮水力最佳斷面不太合理？,一般土渠邊坡m1，m1，是深窄形斷面，需深挖高填，施工不便、維護(hù)管理困難；又水深變化大，給通航和灌溉帶來不便，經(jīng)濟(jì)上反而不利,綜合考慮水力最佳斷面不太合理？,因此，限制了水力最佳斷面在實(shí)際中應(yīng)用,4.1水力最佳斷面,4.2允許流速,4.3復(fù)式斷面明渠水力計(jì)算,4明渠均勻流的其他問題,允許流速保證渠道正常運(yùn)行的水流允許流速的上限和下限值,不沖流速v渠道沖刷的臨界斷面平均流速，取決定于渠壁材料的物理性質(zhì)和水深，可查閱有關(guān)水利設(shè)計(jì)手冊。,不淤流速v渠道中水流懸沙淤積的臨界流速，取決于水流條件，挾沙特性與水中含沙量大小，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定。,渠道中流速,渠道中雜草滋生的臨界流速一般約0.5m/s,渠水冬季結(jié)冰的臨界流速（北方地區(qū)）約0.6m/s,電站引水渠、航運(yùn)渠道中的流速還應(yīng)滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求及管理要求，參照有關(guān)規(guī)范選定,4.1水力最佳斷面,4.2允許流速,4.3復(fù)式斷面明渠水力計(jì)算,4明渠均勻流的其他問題,4.1水力最佳斷面,4.2允許流速,4.3復(fù)式斷面明渠水力計(jì)算,4明渠均勻流的其他問題,斷面周界糙率不同的明渠均勻流,復(fù)式斷面明渠均勻流,一些渠道，斷面周界各段糙率不同。例如，邊坡為混凝土護(hù)面，底部為漿砌卵石的渠道。,邊坡一側(cè)由山石開鑿而成，另側(cè)由漿砌石筑成,4.1水力最佳斷面,4.2允許流速,4.3復(fù)式斷面明渠水力計(jì)算,4明渠均勻流的其他問題,斷面周界糙率不同的明渠均勻流,復(fù)式斷面明渠均勻流,當(dāng)渠道流量變化大時(shí)，斷面形狀采用復(fù)式斷面糟率沿濕周可能不變