水力学-第5章 明渠恒定均匀流.ppt

'第五章明渠恒定均匀流5.5明渠均匀流的水力计算对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系: 一、已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数n，求通过的流量（或流速）。二、已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m和粗糙系数n，求水深h。三、已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。四、已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。五、已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。主要有下列几种类型： 例5.2某电站引水渠，在粘土中开凿，未加护面，渠线略有弯曲，在使用过程中，岸坡已滋生杂草。今测得下列数据：断面为梯形，边坡系数m为1.5，底宽b为34m，底坡i为，渠底至堤顶高差为3.2m（见图）。（1）电站引用流量Q为67m3/s。今因工业发展需要，要求渠道供给工业用水，试计算渠道在保证超高为0.5m的条件下，除电站引用流量外，尚能供给工业用水若干？并校核此时渠中是否发生冲刷。 （2）与电站最小水头所相应的渠中水深h为1.5m，试计算此时渠中通过的流量为多少？在此条件下渠道是否发生淤积（已知不淤流速为0.5m/s）。（3）为便于运行管理，要求绘制该渠道的水深－流量关系曲线，（在第（1）项和第（2）项要求的流量间绘制）。 解:(1)求保证超高0.5m时的流量，并校核冲刷。当超高为0.5m时，渠中水深h=(3.2－0.5)m=2.7m，此时的断面水力要素为:查表可知，对渠线弯曲并已滋生杂草的土n=0.03 由表查得，渠道土质为粘土时为不冲流速0.85m/s，当R为2.35m时在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为:故在此条件下，渠道不会发生冲刷。 （2）计算h为1.5m时，渠道通过的流量并校核淤积。计算h=1.5m时的断面水力要素：故渠道在h=1.5m时，不会发生淤积。 （3）绘制h=(1.5～2.7)m间水深～流量曲线。根据上表可绘出h~Q曲线（见图） 例5.3某电站引水渠，通过沙壤土地段，决定采用梯形断面，并用浆砌块石衬砌，以减少渗漏损失和加强渠道耐冲能力；取边坡系数m为1；根据天然地形，为使挖、填方量最少，选用底坡i为1/800，底宽b为6m，设计流量Q为70m3/s。试计算渠堤高度（要求超高0.5m）。2、已知渠道的Q，i，b，m，n，求水深h。解： （1）试算～图解法可假设一系列h值，代入上式计算相应的Q值，并绘成h~Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查出要求的h值。 设h=2.5，3.0，3.5，4.0m，计算相应的A，，R，C及Q值如下表 由上表绘出h~Q曲线。从曲线查得：当Q=70m3/s时，h=3.3m。 （2）查图法令代入上式，化简可得为及m的函数可绘出一组以m为参数的~曲线（见附图1） 若将式等号两边除以，可得根据上式就可绘出另一组曲线～（见附图II） 现应用附图II解本例，由附图II，当时，在m=1的曲线上查得，故: （3）迭代计算法化简成迭代形式:迭代计算:假定一个初始hi值,得到hi+1,当hi+1-hi满足精度时,h=hi+1 例5.4某灌溉渠道上有一渡槽，拟采用混凝土（用括泥刀做平）预制构件拼接成矩形断面（图），根据渡槽两端渠道尺寸及渠底高程，初步拟定渡槽的底坡i为1/1000，水深h为3.5m，设计流量Q为31m3/s。试计算渠道底宽b。3、已知渠道的设计流量Q，底坡i，水深h，边坡系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。 4、已知渠道的设计流量Q，底宽b，水深h，边坡系数m及粗糙系数n，求底坡i。5、已知渠道的设计流量Q，流速v,边坡系数m,粗糙系数n，底坡i,求断面尺寸.例5.5例5.6 5.6粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算5.6.1断面周界上的粗糙度不同的明渠均匀流的水力计算 当渠道底部的粗糙系数小于侧壁的粗糙系数时，按照下式计算在一般情况下，也可以按照加权平均方法估算，即 二　复式断面明渠均匀流的水力计算复式断面形状如图所示: 22通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量的总和，复式断面明渠均匀流的流量计算方法： 23例5-7一复式断面如图，已知bⅠ与bⅢ为6m，bⅡ为10m；hⅠ与hⅢ为1.8m；mⅠ与mⅢ均为1.5，mⅡ为2.0；n为0.02及i为0.0002．求Q及v．解： 24各部分的湿周分别为：各部分的流量模数分别为:于是，复式断面的流量:'