流力放映第8章(10-1)上課

1、2022-1-212022-1-222022-1-23掌握明渠均勻流產(chǎn)生的條件、特征、水力計算。掌握明渠均勻流產(chǎn)生的條件、特征、水力計算。學(xué)習(xí)重點學(xué)習(xí)重點2022-1-24可分為可分為明渠明渠輸送清水輸送清水暗渠暗渠輸送污水輸送污水8 81 1 概述概述明渠明渠是一種具有自由表面液流的渠道。是一種具有自由表面液流的渠道。2022-1-25一、明渠流動的特征：一、明渠流動的特征：（1 1）具有自由液面；濕周是不封閉的曲線；）具有自由液面；濕周是不封閉的曲線； （2 2）依靠重力由高處向低處流；）依靠重力由高處向低處流；-重力流重力流 （3 3）底坡的改變底坡的改變可影響流速、水深；可影響流速、水

2、深；（4 4）明渠局部邊界底變化可影響水深在）明渠局部邊界底變化可影響水深在 一定流段內(nèi)發(fā)生改變。一定流段內(nèi)發(fā)生改變。2022-1-26二、明渠分類：二、明渠分類：1 1、據(jù)明渠的形成條件：、據(jù)明渠的形成條件：（1 1）天然明渠；）天然明渠；（2 2）人工明渠。）人工明渠。2 2、據(jù)渠道過流斷面的形狀、尺寸是否沿程改變：、據(jù)渠道過流斷面的形狀、尺寸是否沿程改變：（1 1） 棱柱形渠道棱柱形渠道 A=f(hA=f(h) ) ；（2 2）非棱柱形渠道）非棱柱形渠道 A=f(hA=f(h，s)s)2022-1-273 3、按過流斷面的幾何形狀：、按過流斷面的幾何形狀：（1 1）規(guī)則形渠道）規(guī)則形渠道

3、 （2 2）不規(guī)則形渠道）不規(guī)則形渠道如矩形、圓形、梯形等如矩形、圓形、梯形等天然渠道天然渠道常用于小型灌溉渠道常用于小型灌溉渠道常用渠道常用渠道常用于城市排水系統(tǒng)中常用于城市排水系統(tǒng)中2022-1-282022-1-292022-1-2104 4、按渠道底坡：、按渠道底坡：v v（1 1）順坡渠道（）順坡渠道（i i 0 0） v v（2 2）平坡渠道（）平坡渠道（i i = 0 = 0）（3 3）逆坡渠道（）逆坡渠道（i i 0 2 過流斷面的水深過流斷面的水深 h h1 1 鉛垂水深鉛垂水深h h2 2 。xlztgisin112022-1-2138 82 2 恒定明渠均勻流恒定明渠均勻

4、流 一、特性及發(fā)生條件一、特性及發(fā)生條件（1 1）h h、 v v、 u u、 A A（斷面尺寸）、形狀沿程不變；（斷面尺寸）、形狀沿程不變；1 1、水力特性：、水力特性：恒定明渠均勻流恒定明渠均勻流水深、斷面平均流速、流速分布等都沿程水深、斷面平均流速、流速分布等都沿程 不變的明渠流不變的明渠流, ,即：即：2022-1-214（2 2） J J = J= JP P = i= ii iJpJpJ Jgv222022-1-2152022-1-216gv22判斷：非棱柱體渠道中，流線也會是平行直線，故水流也可能形成均勻流。（）2022-1-2172 2、形成條件：、形成條件： 在實際工程中，大多

5、都屬于非均勻流，但在一定的在實際工程中，大多都屬于非均勻流，但在一定的條件下，可將某段流動近似地視為均勻流，以簡化計算。條件下，可將某段流動近似地視為均勻流，以簡化計算。（1 1）水流恒定；）水流恒定；（2 2）渠道為長直棱柱形、順坡渠道；）渠道為長直棱柱形、順坡渠道；（3 3）底坡）底坡 i i 沿程不變；沿程不變；（4 4）粗糙系數(shù)）粗糙系數(shù) n n 沿程不變；沿程不變；（5 5）沿程無局部阻力。）沿程無局部阻力。2022-1-218二、基本公式二、基本公式謝才公式謝才公式1 1、流速：、流速：RJCv RAcK=謝才公式謝才公式 JKRJAcAvQ2 2、流量：、流量：K K流量模數(shù)流量

6、模數(shù)流量模數(shù)K的量綱為( )。 A無量綱 BL2/T CL3/T DL/T 2022-1-219流量模數(shù)：流量模數(shù)為河流某一斷面以上流域單位面積上的來水量。是在一個過水?dāng)嗝嫔系牧髁坑嬎惚豢茖W(xué)地簡化成僅與底坡相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù),即Q=kJ 。k則系統(tǒng)地概括了其他的水力因素，是有量綱的數(shù)據(jù)，稱之為“流量模數(shù)”。例：來水量采用年來水總量則稱年徑流量模數(shù)； 采用洪峰流量則稱洪峰流量模數(shù)。徑流模數(shù)：徑流模數(shù)的概念是：流域內(nèi)單位面積、單位時間產(chǎn)生的徑流量。以公升/秒平方公里.計算公式為:M=1000Q/F,式中M為徑流模數(shù),Q為流量,F為流域面積。徑流是指水在地面上的流動，被滲到地下的水不算徑流。2022-1

7、-220三、明渠均勻流水力計算基本類型三、明渠均勻流水力計算基本類型主要可歸為以下四大類主要可歸為以下四大類2022-1-221以以梯形斷面梯形斷面 為例進行分析為例進行分析1 1、驗算渠道的輸水能力。、驗算渠道的輸水能力。已知：已知： b b， h h， m m， n n， i i求：求： Q Q （2 2） 驗算驗算 v v 是否合乎要求。是否合乎要求。JKRJAcAvQ（1 1）方法：方法：2022-1-2222022-1-2232 2、計算渠道的粗糙系數(shù)。、計算渠道的粗糙系數(shù)。已知：已知： Q Q ，b b， h h， m m， i i求：求： n n方法：方法：AiRnQ2/13/2

8、12022-1-2243 3、設(shè)計渠道底坡。、設(shè)計渠道底坡。已知：已知： Q Q， b b， h h， m m， n n 求：求： i i（1）KRAc（2）Q2iK2方法：方法：JKRJAcAvQ2022-1-225謝才公式謝才公式 2022-1-2264 4、設(shè)計渠道斷面尺寸。、設(shè)計渠道斷面尺寸。已知：已知： Q , m , nQ , m , n， i i 求：求： b , hb , h= f= f（m, nm, n，i i ，h h，b b）RJAcAvQ=方法：方法：可知有多種解?？芍卸喾N解。故可分為以下幾種情況：故可分為以下幾種情況：2022-1-2272022-1-228 hk（

9、1 1） b b 已定，已定，h h 待定待定 。1 1 據(jù)據(jù)作作 k kh h 曲線；曲線；KRAc=2 2 據(jù)已知條件得出據(jù)已知條件得出 ：iQk0方法方法 ：k h 線線3 3 在在 k kh h 曲線上查找與對應(yīng)的曲線上查找與對應(yīng)的 h h 。 h h0 0k k0 02022-1-229（2 2） h h 已已 定，定，b b 待定。待定。方法同（方法同（1 1）。）。（3 3） 已定，求相應(yīng)的已定，求相應(yīng)的 b b ， h h 。=b bh h兩個變量變兩個變量變?yōu)橐粋€變量為一個變量方法：方法：)1(22mmhb-+=1 1 對小型渠道：對小型渠道： 可按水力最優(yōu)計算可按水力最優(yōu)計

10、算 。 2 2 對大中型渠道：對大中型渠道： 還應(yīng)考慮經(jīng)濟條件。還應(yīng)考慮經(jīng)濟條件。2022-1-230（4 4） 據(jù)據(jù) v vm m ax ax 設(shè)計設(shè)計 b, hb, h 。方法：方法：1 1 先找出過流斷面各要素之間的關(guān)系：先找出過流斷面各要素之間的關(guān)系：A =( b + m h )hA =( b + m h )hR =R =x xA A2022-1-2312 2 計算：計算：聯(lián)立即可求聯(lián)立即可求得得 b b， h h 。maxvQA 2/32/1maxinvR 2022-1-232四、水力最優(yōu)斷面和允許流速四、水力最優(yōu)斷面和允許流速 -明渠均勻流計算的幾個問題明渠均勻流計算的幾個問題1

11、1、水力最優(yōu)斷面：、水力最優(yōu)斷面：（1 1）分析：）分析： Q = f ( Q = f ( 斷面尺寸，形狀，斷面尺寸，形狀，n n， i )i ) Q = f ( Q = f ( 斷面尺寸，形狀斷面尺寸，形狀 ) )而而 i i 一般可依地勢而一般可依地勢而 定，定，n n 可依材料而定?？梢啦牧隙ā?022-1-2331 1 水力最優(yōu)斷面水力最優(yōu)斷面是指當(dāng)是指當(dāng)n ,n , i i 一定時，使渠道通過流量最大的斷面形狀。一定時，使渠道通過流量最大的斷面形狀。流量一定時，斷面面積最小為最佳；流量一定時，斷面面積最小為最佳； 斷面面積一定時，流量最大為最佳。斷面面積一定時，流量最大為最佳。 2

12、 2 設(shè)計渠道時，不但應(yīng)遵從基本公式，還應(yīng)考慮水力最優(yōu)。設(shè)計渠道時，不但應(yīng)遵從基本公式，還應(yīng)考慮水力最優(yōu)。但由此設(shè)計的渠道卻不一定是最經(jīng)濟。但由此設(shè)計的渠道卻不一定是最經(jīng)濟。2022-1-2342022-1-2353/22/13/56/11xiAnRinRAQ（2 2）最優(yōu)斷面推導(dǎo)）最優(yōu)斷面推導(dǎo)曼寧公式曼寧公式 從理論上分析，此時的過流斷面應(yīng)為從理論上分析，此時的過流斷面應(yīng)為圓圓形形，但因圓形斷面施工困難，平日維護不便，但因圓形斷面施工困難，平日維護不便，故一般多采用故一般多采用梯形斷面梯形斷面。當(dāng)當(dāng) n n、i i、A A 一定時，一定時，x x 最小，可使最小，可使 Q Q 最大。最大。2

13、022-1-236)1(22mmhb-+b（3 3）梯形斷面水力最優(yōu)條件：）梯形斷面水力最優(yōu)條件：bBh只與只與 m m有關(guān)。有關(guān)。m m 邊坡系數(shù)。邊坡系數(shù)。m m = ctg = ctg （4 4）矩形斷面水力最優(yōu)條件：）矩形斷面水力最優(yōu)條件：2022-1-2372 2、渠道允許流速、渠道允許流速渠道既不遭沖刷，又不產(chǎn)生淤積的設(shè)計流速。渠道既不遭沖刷，又不產(chǎn)生淤積的設(shè)計流速。 渠道設(shè)計除考慮水力最優(yōu)、最經(jīng)濟外，還應(yīng)考渠道設(shè)計除考慮水力最優(yōu)、最經(jīng)濟外，還應(yīng)考慮渠道的慮渠道的防沖刷防沖刷和和防淤積防淤積能力，以保證液體流動暢能力，以保證液體流動暢通，不影通，不影 響其輸水能力。響其輸水能力。即：即： v vminmin v v v vm m ax ax其中其中 : :v vm m ax ax 不沖允許流速，取決于土質(zhì)情況。不沖允許流速，取決于土質(zhì)情況。 v vminmin 不淤允許流速。不淤允許流速。2022-1-2382022-1-2391 1） 2）水力最優(yōu)只是從水力學(xué)角度考慮，水力最優(yōu)只是從水力學(xué)角度考慮， 在實際工在實際工程中還應(yīng)考慮工程造價、施工技術(shù)、運轉(zhuǎn)費用、程中還應(yīng)考慮工程造價、施工技術(shù)、運轉(zhuǎn)費用、養(yǎng)護管理等，養(yǎng)護管理等， 諸多方面的因素從而選擇經(jīng)濟合理諸多方面