6-6知識(shí)資料明渠恒定流

流體力學(xué)

第六節(jié)明渠恒定流一.明渠均勻流的水力特征和形成條件明渠均勻流的水力特征：明渠流：具有自由表面的水流。均勻流：流線是平行直線的水流。（測(cè)壓管水頭線坡度）（總水頭線坡度）（均勻流無(wú)局部損失）明渠均勻流LJJpv水面線Δz00z1z2h2h1總水頭線渠道底坡水深、速度----都沿程不變水平基準(zhǔn)線渠道底坡i

h0h0

順坡渠道逆坡渠道平坡渠道vvv順坡、逆坡、平坡渠道，水面線一定是沿流程下降的。維持明渠流動(dòng)的動(dòng)力重力（上下游位置差）動(dòng)能（上游速度水頭）上游的動(dòng)力用于維持下游速度水頭克服沿程能量損失如：則上游、下游速度不變，為明渠均勻流

明渠均勻流的形成條件為：1)渠道為長(zhǎng)直棱柱形順坡渠道（i>0）；2)渠底坡度i和粗糙系數(shù)n沿流程不變；3)水流為恒定流，且沿程流量不變。4)沿流程無(wú)局部障礙。根據(jù)：長(zhǎng)直棱柱形渠道：渠道斷面沿程不變，Q不變時(shí),V不變，阻力規(guī)律不變。順坡渠道：△Z為正值，G△Z為正值。流量不變、無(wú)局部障礙：為均勻流基本條件。。題6-48：明渠均勻流形成條件二明渠均勻流基本公式和水力要素題6-49、題6-50：謝才公式：謝才系數(shù):水力半徑:斷面平均流速：水力坡度=渠道底坡---濕周正常水深---發(fā)生明渠均勻流時(shí)的水深根據(jù)謝才公式分析明渠均勻流正常水深與底坡的關(guān)系。正常水深與底坡成反比關(guān)系梯形渠道橫斷面二明渠均勻流基本公式和水力要素bBhαml1。明渠均勻流的基本參數(shù)mh水面寬過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

濕周水力半徑邊坡系數(shù)明渠橫斷面的水力要素：（以梯形斷面為例）不滿流圓管斷面參數(shù)hdθB水面寬度：B水深：h管徑：d充滿角：θ充滿度：無(wú)壓圓管均勻流的水力計(jì)算不滿流圓管水力要素為：過(guò)流斷面面積：

濕周：水力半徑：充滿度：θ為充滿角。充滿度α與充滿角的關(guān)系為：

三

明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速1.水力最優(yōu)斷面過(guò)流斷面面積A、粗糙系數(shù)n及渠底坡度i一定時(shí)，輸水能力最大的斷面形狀。根據(jù)上式可知：i、n、A的大小一定的情況下，濕周χ越小，渠道的流量Ｑ越大。明渠水力最優(yōu)斷面梯形渠道水力最優(yōu)斷面的寬深比：矩形斷面ｍ=0，水力最優(yōu)寬深比為:

注意：水力最優(yōu)≠技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)

水力最優(yōu)斷面是一種窄深式渠道，水力最優(yōu)斷面多應(yīng)用于小型渠道中，應(yīng)用于大型渠道中,不一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。

2.允許流速為了防止渠道中發(fā)生沖刷淤積，保證渠道穩(wěn)定的輸水能力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證：——免遭沖刷的最大允許流速，簡(jiǎn)稱不沖允許流速；

——免遭淤積的最小允許流速，簡(jiǎn)稱不淤允許流速。四

明渠均勻流水力計(jì)算基本問(wèn)題1.明渠均勻流基本公式：2.梯形斷面的水力計(jì)算（幾類問(wèn)題）：

第一類：驗(yàn)算渠道的輸水能力已知i、n、m、b、h0，求渠道的輸水能力Q第二類：求渠道壁面粗糙系數(shù)n值已知Q

、b、h0，m、i，求渠道粗糙系數(shù)n第三類：設(shè)計(jì)渠道底坡已知Q、b、h0，m、n、設(shè)計(jì)渠道底坡i第四類：設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸已知Q、i，m、n、設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸b、h四

明渠均勻流水力計(jì)算基本問(wèn)題直接將已知條件代入明渠均勻流基本公式求解即可：

第一類：已知i、n、m、b、h0，求渠道的輸水能力Q第二類：已知Q

、b、h0，m、i，求渠道粗糙系數(shù)n第三類：已知Q、b、h0，m、n、設(shè)計(jì)渠道底坡i題6-51屬于第四類：一個(gè)公式，求斷面尺寸b、h兩個(gè)參數(shù)，無(wú)法求解。必須補(bǔ)充寬深比的條件。第四類：設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸已知Q、i，m、n、設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸b、h又明渠均勻流：給出水力坡度的條件沒(méi)有意義。

流體力學(xué)

第6節(jié)明渠非均勻流明渠非均勻流的水力特點(diǎn)：渠道中修建任意形式的水工建筑物，就破壞了明渠均勻流發(fā)生條件，造成流速、水深沿程變化，從而產(chǎn)生了明渠非均勻流流動(dòng)。

發(fā)生明渠非均勻流的條件：任意一條明渠均勻流的條件不能滿足，即發(fā)生非均勻流。

五明渠非均勻流基本概念（一）.明渠非均勻流的發(fā)生條件aI非均勻流(壅水曲線）原均勻流水面h0i<ic壅水曲線i1<iki2<ikKKhkh02N2N2N1N1h01a1i1<iki2>ikN1N1h01KKhkN2N2h02b1b2降水曲線水深沿渠道緩慢變化時(shí)形成的壅水曲線和降水曲線（二）明渠非均勻流的四種水力現(xiàn)象：壅水、降水、水躍、跌水漸變流閘下出流時(shí)形成渠道的跌坎處形成水躍跌水水深沿渠道急劇變化時(shí)形成壅水曲線和降水曲線急變流根據(jù)水流速與波速的相互關(guān)系，區(qū)分明渠水流的緩急，可將明渠非均勻流分為：（三）明渠非均勻流的流動(dòng)狀態(tài)佛羅德數(shù)的物理意義：反映了過(guò)流斷面平均動(dòng)能與平均勢(shì)能的對(duì)