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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：孫**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：天津 上傳時(shí)間：2021-05-23 格式：DOCX 頁數(shù)：19 大?。?13.88KB 積分：18 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、第六章 明渠流動 、學(xué)習(xí)引導(dǎo) 1、明渠流的特點(diǎn) 1）、明渠流：具有自由液面的流動，也稱無壓流。如：天然河道、人工 渠道，未充滿或剛充滿的無壓圓管流。 明渠流特點(diǎn)：表面各點(diǎn)均受大氣壓強(qiáng)作用，相對壓強(qiáng) p 為零。 依靠重力產(chǎn)生運(yùn)動， 也稱重力流， 節(jié)省能量，工程中廣泛 使用。 表面不受約束，易受降雨，各種建筑物修建的影響。 明渠的均勻流：作均勻流動的明渠流。明渠各過流斷面 A 的形狀，大小 沿程不變，平均流速 v 與點(diǎn)流速分布 u 沿程不變的明渠流動。 2）、明渠流的分類： 按時(shí)間分：明渠恒定流：作恒定流動的明渠流 明渠非恒定流：作非恒定流動的明渠流。 按流線分：明渠均勻流：作均勻流動 明渠非均勻

2、流：作非均勻流動 按渠道斷面形狀、尺寸是否沿程變化分： 棱柱體渠道：渠道斷面形狀、尺寸沿程不變的長直渠道，即 A=f（h） 非棱柱體渠道：渠道斷面形狀、尺寸沿程變化的渠道，即 A=f（s,h） 按渠道斷面形狀分： 規(guī)則斷面渠道：斷面上各水力要素（ A,x,R,c）均為水深的連續(xù)函數(shù)。斷面 形式有： 不規(guī)則斷面渠道：斷面上各水力要素（ A,x,R,c）不為水深的連續(xù)函數(shù) 按渠道底坡分： 順坡渠道： i0 渠底高程沿程降低 平坡渠道： i =0 渠底高程沿程不變 逆坡渠道： i0 渠道； 距渠道進(jìn)口一定距離以后。 總結(jié)：明渠均勻流只能發(fā)生在：恒定的， n、 i 沿程不變的長直順坡棱柱體 渠道，起始

3、段以后的區(qū)域。 3、明渠均勻流的計(jì)算公式 1）謝才公式： 2) 曼寧公式：曼寧公式： 此公式為經(jīng)驗(yàn)公式，左右量綱不一致，但大量實(shí)驗(yàn)測定，其計(jì)算結(jié)果比較 符合實(shí)際工程，因而得到廣泛應(yīng)用。 3) 巴浦洛夫公式： 巴浦絡(luò)夫公式是蘇聯(lián)科學(xué)家， 1925 年提出了謝才系數(shù) C 的計(jì)算公式： 適用范圍： 0.1m R 3m，0.011n0.04 R1m, y=1.3 4) 渠道的過流能力 Q Q=A =AC =AC 令 K=AC，則： Q= K流量模數(shù)，指單位底坡 i=1 時(shí)，渠道的通過流量。 梯形斷面有： 邊坡系數(shù)： 水面寬度：B=b+2mh 過流斷面 A：A= (b+B)h=(b+mh)h 濕周 X：

4、X=b+2 =b+2h 水力半徑 R： 明渠均勻流中，當(dāng) A 形狀、尺寸， n 一定時(shí) A=f1(h0), R=f2(ho), C=f3(h0)， 故 K=f(h0), Q= f(h0) 正常水深 h0：相應(yīng)于明渠均勻流時(shí)的水深 h0 稱正常水深。 粗糙系數(shù) n：綜合反映渠道壁面對水流阻力作用大小的系數(shù)， 其影響因素有： 渠道表面的材料、水位高低、管理的好壞。 n 值極大地影響著工程的造價(jià) 4、水力最優(yōu)斷面 渠道的過流能力： 渠道過流能力的影響因素： 1）水力最優(yōu)斷面：當(dāng)渠道的 i,n,A 一定，渠道過流力 Q 最大的斷面形式。 或 i,n,A,Q 一定， 最小 2）梯形斷面的水力最優(yōu)條件：

5、梯形斷面水力最優(yōu)條件： 寬深比 ， 為邊坡系數(shù)的函數(shù)。 3）矩形斷面水力最優(yōu)條件： 矩形斷面： m=ctg90 =0 為梯形斷面的特殊形式 =2 即： b=2h 寬為水深的兩倍 實(shí)際渠道斷面形式除按水力最優(yōu)條件考慮外，不需考慮施工技術(shù)要求，運(yùn) 轉(zhuǎn)要求，以及養(yǎng)護(hù)，造價(jià)綜合考慮比較，加以選擇。 5允許流速 為保證工程的安全，渠道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，流速必須在一定范圍內(nèi)。 1）最大允許流速 V max：保證渠道不受沖刷破壞的限制流速， 也稱不沖流速 主要由渠道襯砌材料、流量、土壤性質(zhì)確定。 2）最小允許流速 Vmin：保證渠道不被懸浮物淤積的限制流速，也稱不淤流 速。主要決定于泥沙的性質(zhì)。 實(shí)際流速 V：V

6、maxVVmin 6. 明渠均勻流水力計(jì)算的幾類問題 1）輸水能力的計(jì)算 已知： n,i ,m,b,h，求： Q。 解： 2）渠道底坡的設(shè)計(jì) 已知： n,m,b,h,Q，求： i 解： 3）設(shè)計(jì)斷面尺寸： 已知： Q,i ,m,n，求： b,h 解：因明渠均勻流只有謝才公式一個(gè)方程，要求解兩處未知數(shù)，必須增加 條件，如：施工條件要求；允許流速要求；航運(yùn)條件要求；水力最優(yōu) 斷面條件。 從而變兩個(gè)未知數(shù)為一個(gè)未知數(shù)，或已知 b求 h，或已知 h求 b。 已知 h 求 b： 試算求出 b 值 繪圖 hf(h)曲線 已知 b求 h：方法同上 水力最優(yōu)條件： 已知 b=h 可由法 2 求出。 已知最大允

7、許流速 Vmax 確定 b、h 列方程組： 4) 粗糙系數(shù) n 的確定 已知： Q,b,h0,m, I，求 n 解： 7無壓圓管均勻流水力計(jì)算 1)無壓圓管的水力要素： 充滿度：水深與管徑之比，即 充滿角：液面端點(diǎn)半徑所夾的角 （鈍角） 幾何關(guān)系： 三角函數(shù)關(guān)系的換算： 過流斷面面積： A = 濕周： 水力半徑： 水面寬度： 流速： （扇形的周長） 流量： Q = A V 2）無壓圓管流的水力特征： 最大流速下的充滿度： h = 0.81d 最大流量下的充滿度： h = 0.95d 3）無壓圓面積管流的圖解計(jì)算： 水流正好充滿整個(gè)管道斷面，但頂部仍只受大氣壓強(qiáng)作用，此種管流 稱滿流。為與設(shè)計(jì)充

8、滿度的水力要素相區(qū)別，用腳標(biāo)“ d”表示。 引入流量比例系數(shù)： =f1( ) 速比例系數(shù)： 繪制 圖中表明： 即 Qmax=1.087Qd 即 Vmax=1.16Vd 即充滿度 時(shí)，最大流量 Q 已超過滿流時(shí) Q 的 8.7%； 充滿度 時(shí)，最大流速 V 已超過滿流時(shí) V 的 8.7%； 8 明渠恒定非均勻流 1) 明渠非均勻流的特征與流動現(xiàn)象： 明渠非均勻流的特征： JiJZ v, h 沿程變化 流動現(xiàn)象：雍水曲線、 降水曲線、水躍、跌水 2) 斷面單位能量 比能：單位重量流體相對于斷面最低點(diǎn)具有的機(jī)械能 Z0渠底相對 O-O 基準(zhǔn)面的方程， 比能沿程變化： 在棱柱體渠道中， A 形狀、尺寸

9、 Q一定，e只是 h的函數(shù)。 均勻流： h， 沿程不變， e=const ；e沿程不變。 非均勻流； h， 沿程變化， e=f(h) 或或 即：非均勻流中，比能 e 沿程可能增加，或減小或不變。 比能曲線： ；趨于水平軸 ；趨于 45線 9. 臨界水深 斷面 A 形狀、大小一定， Q 一定下，相應(yīng)于最小比能時(shí)的水深稱臨界水 深。臨界水深 hk 將比能曲線分為上、下兩支。 上支：hhk； 0；e 沿程增加，eh；斷面能量主要體現(xiàn)為勢能 (h) 下支： hhk； ik，hohK，相應(yīng)的渠道稱陡坡渠道。 緩坡： ihK，相應(yīng)的渠道稱緩坡渠道。 界坡： i=ik，ho=hK，相應(yīng)的渠道稱臨界坡渠道。

10、11. 急流、緩流、臨界流 在天然河流中，通常按流速的大小將流動分成：急流、緩流、臨界流。 急流：流速大于臨界流速的流動， VVK 緩流：流速小于臨界流速的流動， V，波不向上游傳播，為急流 V， Fr1 緩流： V， Fr1， 0，比能曲線下支， hhk 緩流： Fr0，比能曲線上支 ， hhk 臨界流： Fr=1， =0 ，h=hk,e=emin 臨界坡 ik 判別法： 當(dāng)渠道中流動為均勻流動時(shí)，若： iik，陡坡， hkh0，該均勻流為急流； ih0，該均勻流為緩流； i=ik， 界坡， hk=h0，該均勻流為臨界流； 、難點(diǎn)分析 1. 水力最優(yōu)斷面 2. 無壓圓管均勻流水力計(jì)算 1）無壓圓管的水力要素： 三角函數(shù)關(guān)系的換算： 濕周： （ 扇形的周長） 水力半徑： 水面寬度： 過流斷面面積： A = 2）流量流速的計(jì)算 流速： 流量： 3. 急流、緩流、臨界流 按流速的大小判別急流、緩流、臨界流 以波速傳播方向定義急、緩、臨界流速 Fr 佛汝德數(shù)判別 臨界水深 hk 判別 臨界坡 ik 判別法 急流：，F(xiàn)r1， 0，