水力学第5章 明渠恒定均匀流ppt课件.ppt

'明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。第五章明渠恒定均匀流Openchannelflow明渠水流分类：明渠恒定流明渠非恒定流明渠均匀流明渠非均匀流 在明渠均匀流中: 1.明渠的横断面形状5.1明渠的类型及其对水流运动的影响梯形断面Bbhm1△矩形断面bh U形断面rh圆形断面h 水力半径：R断面面积：A湿周：χ边坡系数m：反映渠道两侧倾斜程度, 6断面形状水面宽度B过水断面积A湿周x水力半径R*式中以弧度计常见的过水断面的水力要素 (a)顺（正）坡明渠(c)逆坡明渠(b)平坡明渠二、明渠的底坡明渠渠底纵向倾斜的程度, 断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道；反之,称为非棱柱体渠道。 5.2明渠均匀流特性及其产生条件一.明渠均匀流的特性：1.均匀流过水断面的形状、尺寸沿流程不变。2.过水断面上的流速分布和断面平均流速沿流程不变。3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的总水头线、水面线和渠底线三条线平行。注意：底坡较小时的水深h 4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。二.明渠均匀流的发生条件1．水流必须是恒定流。2．流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。3．渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。 K为流量模数，单位为（m3/s），它综合反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。5.3明渠均匀流的计算公式流量公式 当渠道的底坡、粗糙系数及过水断面积一定时，通过流量最大；或当底坡、粗糙系数及流量一定时，所需的过水断面积最小时的断面。5.4水力最佳断面及允许流速1.水力最佳断面 13工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数m由边坡稳定要求确定。在m已定的情况下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。根据水力最佳断面的条件：即 14分别写出A、X,对h的一阶导数并使之为零， 15上二式中消去后，解得上式表明：梯形水力最佳断面的b/h值仅与边坡系数m有关。因为 16用代替上式中的值，整理后得即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。矩形断面可以看成为m=0的梯形断面。以m=0代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的及. 梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。 2.允许流速允许流速是为了保持渠道安全稳定运行在流速上的限制，包括不冲流速v’、不淤流速v’’和其它运行管理要求的流速限制。—不冲允许流速—不淤允许流速 例题1某梯形土渠设计流量Q为2m3/s，渠道为重壤土，粗糙系数n为0.025，边坡系数m为1.25，底坡i为0.0002。试设计一水力最佳断面，并校核渠中流速（已知不淤流速为0.4m/s）解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公式计算谢才系数，整理后可得 当为水力最佳断面时:可得查表求得,不冲允许流速:已知不淤流速:满足不冲刷不淤积的条件。 水力学第六章明渠恒定均匀流第五节渠道水力计算类型对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护面材料的种类，用经验方法来确定。因此，工程实践中所提出的明渠均匀流的水力计算问题，主要有下列几种类型： 第六章明渠恒定均匀流1.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）。2.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。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，水深h、底宽b、粗糙系数n及边坡系数m，求底坡i。水力学 水力学第六章明渠恒定均匀流5.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。第六节复式断面的水力计算复式断面明渠均匀流的流量一般按下述方法计算：即先将复式断面划分成几个部分，使每一个部分的湿周不致因水深的略微增大而产生急剧的增加。如下图所示： 水力学第六章明渠恒定均匀流显然，通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量的总和，即： 第六章明渠恒定均匀流水力学例题2：某水电站引水渠，为梯形端面，边坡系数边坡系数m=1.5，底宽b=34m，糙率n=0.03底坡i为，渠底至堤顶高差为3.2m。见图 第六章明渠恒定均匀流水力学若电站引用流量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。解:求保证超高0.5m时的流量，并校核是否发生冲刷当超高为0.5m时，渠中水深h=2.7m 第六章明渠恒定均匀流水力学 第六章明渠恒定均匀流水力学在保证电站引用流量条件下，渠道能供给工业用水量为由表查得，渠道土质为粘土时为0.85m/s，当R为2.35m例题3有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014)，底宽b＝1.5m,槽长L＝116.5m。进口处槽底高程▽=52.06m，当通过设计流量Q＝7.65m3/s时，槽中均匀流水深h0=1.7m，试求渡槽出口的底高程▽2？ 第六章明渠恒定均匀流水力学解： 第六章明渠恒定均匀流水力学例题4某引水渠道，边坡系数m=1.0，底坡i=，底宽b=6m，糙率n=0.025，设计流量Q=70m3/s。试计算渠道水深。由显然，在上式中Q，b，m，n，i为已知，仅水深h为未知。但上式为h的高次方，直接求解h是很困难的。可采用试算－图解法或查图法求解。 第六章明渠恒定均匀流水力学可假设一系列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、χ、R、C及Q值如下表（1）试算－图解法 第六章明渠恒定均匀流水力学由上表绘出h～Q曲线。从曲线查得：当Q为70m3/s时，h=3.3m（2）查图法显然，上述计算方法比较繁杂，为简化计算，可利用已制成的曲线，见附录2，先求 第六章明渠恒定均匀流水力学由附录2，当时，在m=1的曲线上查得故 第六章明渠恒定均匀流水力学例题5：一复式断面如图5-17，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． 第六章明渠恒定均匀流水力学解：各部分的湿周分别为： 第六章明渠恒定均匀流水力学各部分的流量模数为 第六章明渠恒定均匀流水力学于是，由复式断面的流量由公式得到复式过水断面的平均流速为 同学们我们下次课再见！'