第五章明渠恒定均勻流 ppt課件

1、第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 明渠水流在水利工程中或是明渠水流在水利工程中或是在自然界都是常見的，例如：水在自然界都是常見的，例如：水電站引水渠、灌溉渠、排水渠、電站引水渠、灌溉渠、排水渠、運(yùn)河、無壓隧洞和下水道等人工運(yùn)河、無壓隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的渠道中的水流以及天然河道中的水流均為明渠水流。當(dāng)明渠水流水流均為明渠水流。當(dāng)明渠水流過水?dāng)嗝娴钠骄魉偌八罹剡^水?dāng)嗝娴钠骄魉偌八罹爻滩蛔?，或更?yán)厲地講，當(dāng)渠中程不變，或更嚴(yán)厲地講，當(dāng)渠中水流的流線為一簇相互平行的直水流的流線為一簇相互平行的直線時(shí)，稱為明渠均勻流。否那么，線時(shí)，稱為明渠均勻流。否那么，

2、稱為明渠非均勻流。從力學(xué)的觀稱為明渠非均勻流。從力學(xué)的觀念看，明渠均勻流動(dòng)是一種直線念看，明渠均勻流動(dòng)是一種直線等速運(yùn)動(dòng)。等速運(yùn)動(dòng)。水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流5.1 5.1 明渠的類型及其對(duì)水流運(yùn)明渠的類型及其對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響動(dòng)的影響 明渠的渠身及其沿流動(dòng)方向明渠的渠身及其沿流動(dòng)方向的傾斜程度的傾斜程度( ( 稱作底坡稱作底坡 ) )，是水，是水流邊境的幾何條件。一定方式的流邊境的幾何條件。一定方式的邊境幾何條件，給予水流運(yùn)動(dòng)一邊境幾何條件，給予水流運(yùn)動(dòng)一定的影響。所以為了了解水流運(yùn)定的影響。所以為了了解水流運(yùn)動(dòng)的特征，必需先對(duì)影響明渠水動(dòng)的特征，必需先對(duì)影

3、響明渠水流運(yùn)動(dòng)的邊境幾何條件進(jìn)展分析。流運(yùn)動(dòng)的邊境幾何條件進(jìn)展分析。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流一、明渠的橫斷面一、明渠的橫斷面 人工明渠的橫斷面，通常作人工明渠的橫斷面，通常作成對(duì)稱的幾何外形。例如常見的成對(duì)稱的幾何外形。例如常見的梯形、矩形或圓形等。至于河道梯形、矩形或圓形等。至于河道的橫斷面，那么常呈不規(guī)那么的的橫斷面，那么常呈不規(guī)那么的外形。外形。 而根據(jù)渠道的斷面外形、尺而根據(jù)渠道的斷面外形、尺寸，就可以計(jì)算渠道過水?dāng)嗝娴拇纾涂梢杂?jì)算渠道過水?dāng)嗝娴乃?。水利要素。水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流工程中運(yùn)用最廣的是

4、梯形渠道，工程中運(yùn)用最廣的是梯形渠道，其過水?dāng)嗝娴闹T水利要素關(guān)系如其過水?dāng)嗝娴闹T水利要素關(guān)系如下：下： 水面寬度：水面寬度： B=b+2mhB=b+2mh 過水?dāng)嗝婷娣e：過水?dāng)嗝婷娣e： A=(b+mh)hA=(b+mh)h 濕周：濕周： 水力半徑：水力半徑： 水水力力學(xué)學(xué)講講義義212mhbx212)(mhbhmhbxAR第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流二、明渠的底坡二、明渠的底坡 底坡：明渠渠底傾斜的程度底坡：明渠渠底傾斜的程度稱為底坡。以符號(hào)稱為底坡。以符號(hào)i i表表示，示，i i等于渠底線與程度線夾角口等于渠底線與程度線夾角口的正弦即的正弦即i iSinSin。 明渠有三種底坡

5、：順坡、平明渠有三種底坡：順坡、平坡和逆坡坡和逆坡水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流順坡：順坡： i0i0，明槽槽底沿程降低，明槽槽底沿程降低者稱為正坡或順坡。者稱為正坡或順坡。 平坡：平坡： i=0i=0，明槽槽底高程沿程，明槽槽底高程沿程不變者稱為平坡。不變者稱為平坡。 逆坡：逆坡： i0i0)(i0)； 3 3、渠道中沒有建筑物的局、渠道中沒有建筑物的局部干擾；部干擾； 4 4、明渠中的水流必需是恒、明渠中的水流必需是恒定的，沿程無水流的匯入、匯定的，沿程無水流的匯入、匯出，即流量不變。出，即流量不變。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義水水力力學(xué)學(xué)講講義義假設(shè)您有任何問題

6、，假設(shè)您有任何問題，請(qǐng)毫不猶疑地提出請(qǐng)毫不猶疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !歡歡 迎迎 提提 問問第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流5.3 5.3 明渠均勻流的計(jì)算公式明渠均勻流的計(jì)算公式明渠均勻流計(jì)算的根本公式是謝明渠均勻流計(jì)算的根本公式是謝才公式和曼寧公式，即才公式和曼寧公式，即 也可表示為：也可表示為： 式中式中K K是流量模數(shù)，它表示當(dāng)?shù)灼率橇髁磕?shù)，它

7、表示當(dāng)?shù)灼耰 i1 1時(shí)渠道中經(jīng)過均勻流的流量。時(shí)渠道中經(jīng)過均勻流的流量。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義iRCV nRC6/1iKiRACQiQnARRACK3/2水水力力學(xué)學(xué)講講義義假設(shè)您有任何問題，假設(shè)您有任何問題，請(qǐng)毫不猶疑地提出請(qǐng)毫不猶疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !歡歡 迎迎 提提 問問第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流5.4 5.4 水利最正確斷面及允許流水

8、利最正確斷面及允許流速速一、水力最正確斷面一、水力最正確斷面 水力最正確斷面水力最正確斷面the best the best hydraulic sectionhydraulic section：是指當(dāng)渠：是指當(dāng)渠道底坡、糙率及面積大小一定時(shí)，道底坡、糙率及面積大小一定時(shí)，經(jīng)過最大流量時(shí)的斷面方式。經(jīng)過最大流量時(shí)的斷面方式。對(duì)于明渠均勻流，有：對(duì)于明渠均勻流，有： 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流 闡明：闡明： 1 1具有水力最正確斷面的明具有水力最正確斷面的明渠均勻流，當(dāng)渠均勻流，當(dāng)i i，n n，A A給定時(shí)，水給定時(shí)，水力半徑力半徑R R 最大，即濕周最大，

9、即濕周P P 最小的最小的斷面能經(jīng)過最大的流量。斷面能經(jīng)過最大的流量。 2 2i i，n n，A A給定時(shí)，濕周給定時(shí)，濕周P P最小的斷面是圓形斷面，最小的斷面是圓形斷面， 即圓管即圓管為水力最正確斷面。為水力最正確斷面。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流1 1、梯形過水?dāng)嗝媲赖乃ψ钫?、梯形過水?dāng)嗝媲赖乃ψ钫_斷面確斷面 梯形水力最正確斷面的寬深比值梯形水力最正確斷面的寬深比值為：為： 此時(shí)：此時(shí)： 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流2 2、矩形斷面的水力最正確斷面、矩形斷面的水力最正確斷面 矩形斷面，矩形斷面，m =0m =

10、0，那么：，那么： 即矩形渠道水力最優(yōu)斷面的底即矩形渠道水力最優(yōu)斷面的底寬是水深的兩倍。寬是水深的兩倍。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流結(jié)論：結(jié)論： 1 1梯形水力最正確斷面的寬梯形水力最正確斷面的寬深比僅是邊坡系數(shù)深比僅是邊坡系數(shù) m m 的函數(shù)。的函數(shù)。 2 2在任何邊坡系數(shù)的情況下，在任何邊坡系數(shù)的情況下，水力最正確梯形斷面的水力半徑水力最正確梯形斷面的水力半徑 R R 為水深為水深 h h 的一半。的一半。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流二、允許流速二、允許流速 允許流速是為了堅(jiān)持渠道平允許流速是為了堅(jiān)持渠道平安穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)在

11、流速上的限制，包安穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)在流速上的限制，包括不沖流速、不淤流速和其它運(yùn)括不沖流速、不淤流速和其它運(yùn)轉(zhuǎn)管理要求的流速限制。在實(shí)踐轉(zhuǎn)管理要求的流速限制。在實(shí)踐明渠均勻流計(jì)算中必需結(jié)合工程明渠均勻流計(jì)算中必需結(jié)合工程要求進(jìn)展校核。要求進(jìn)展校核。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流在設(shè)計(jì)中，要求渠道流速在設(shè)計(jì)中，要求渠道流速v v在不沖、在不沖、不淤的允許流速范圍內(nèi)，即：不淤的允許流速范圍內(nèi)，即： 式中：式中： 不沖允許流速不沖允許流速m/sm/s，根據(jù)壁面資料定。，根據(jù)壁面資料定。 不淤允許流速不淤允許流速m/sm/s。同時(shí)思索防止渠。同時(shí)思索防止渠 中繁殖雜草，普通中

12、繁殖雜草，普通流速應(yīng)大于流速應(yīng)大于0.5m/s0.5m/s。 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流例題例題1 1： 有一梯形斷面中壤土渠道，有一梯形斷面中壤土渠道，知：渠中經(jīng)過的流量知：渠中經(jīng)過的流量Q=5m3/sQ=5m3/s，邊，邊坡系數(shù)坡系數(shù)m =1.0m =1.0，粗糙系數(shù)，粗糙系數(shù)n=0.020 n=0.020 ，底坡，底坡i=0.0002i=0.0002。試求：。試求：1 1按水力最正確條件設(shè)計(jì)斷面；按水力最正確條件設(shè)計(jì)斷面；2 2假設(shè)寬深比假設(shè)寬深比b =2b =2來設(shè)計(jì)斷面，來設(shè)計(jì)斷面，檢查渠中流速能否滿足不沖條件。檢查渠中流速能否滿足不沖條件。 水水

13、力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流5.5 5.5 明渠均勻流的水力計(jì)算明渠均勻流的水力計(jì)算一、驗(yàn)算渠道的輸水才干一、驗(yàn)算渠道的輸水才干 對(duì)已成渠道進(jìn)展校核性的水對(duì)已成渠道進(jìn)展校核性的水力計(jì)算，特別是驗(yàn)算渠道的輸水力計(jì)算，特別是驗(yàn)算渠道的輸水才干。即知：才干。即知：n,i,b,h n,i,b,h 確定確定Q ; Q ; 直接用公式直接用公式: : 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流二、知渠道的設(shè)計(jì)流量二、知渠道的設(shè)計(jì)流量Q Q、底坡、底坡i i、底寬底寬b b、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m和粗糙系數(shù)和粗糙系數(shù)n n，求水深求水深h h。三、知渠道的

14、設(shè)計(jì)流量三、知渠道的設(shè)計(jì)流量Q Q、底坡、底坡i i、水深水深h h、邊坡系數(shù)、邊坡系數(shù)m m及粗糙系數(shù)及粗糙系數(shù)n n，求渠道底寬求渠道底寬b b。水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流四、確定渠道的底坡四、確定渠道的底坡 知渠道的土壤或護(hù)面資料、知渠道的土壤或護(hù)面資料、設(shè)計(jì)流量以及斷面的幾何尺寸，設(shè)計(jì)流量以及斷面的幾何尺寸，即知即知 n n，Q Q 和和b b，m m，h h 各量，確各量，確定渠道的底坡定渠道的底坡I : I : 水水力力學(xué)學(xué)講講義義第五章第五章 明渠恒定均勻流明渠恒定均勻流五、確定渠道的斷面尺寸五、確定渠道的斷面尺寸 知流量知流量Q Q、流速、流

15、速v v、渠道底坡、渠道底坡i i、邊坡系數(shù)邊坡系數(shù)m m 及粗糙系數(shù)及粗糙系數(shù)n n，要求設(shè)，要求設(shè)計(jì)渠道的斷面尺寸，即確定渠道計(jì)渠道的斷面尺寸，即確定渠道的底寬的底寬b b 和水深和水深h h。水水力力學(xué)學(xué)講講義義水水力力學(xué)學(xué)講講義義假設(shè)您有任何問題，假設(shè)您有任何問題，請(qǐng)毫不猶疑地提出請(qǐng)毫不猶疑地提出 ! !In case of you have In case of you have any question, DO any question, DO NOT hesitate to ask NOT hesitate to ask me !me !歡歡 迎迎 提提 問問第五章第五章 明渠恒

16、定均勻流明渠恒定均勻流 謝謝 謝！謝！水水力力學(xué)學(xué)講講義義肚松衯宸&愮鐝D)? $?d悡!餯怉 扈鋹A 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/D 既 脝?窗? 兡薊癟鑳 D?兗? t 穃$0嬅7D胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hD j o?3葏蓇 3繼傘銨? 3覌耺 缻D?B凓du鞁 ?V悏鰒鸖 卯嬺嬝?cái)@吚憢 塒鼢 媀 ?塧X B ?6?鏃P?塓 =?輧棵廤UQ嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 S ;聈 %讖蚩魅婥? F ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gZ_摞?跌u孄?餽p嬑 Jk萘秣?k賢wb#u 媜 7w兀?)鱱H秒?Y? 麐z 蟏?=?傉噲?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙

17、;鹵?Y%惢_?&嬟嬸侢 ?S? V鄟?佹饟 j oh?V 孁?3黷#嬘胳幥 I鳻聾茓 P$ ?荱嬞稠- J 纉 焗豒m?u馫VI)H纞潈; 矸?撳塋!魄舩?屗塗$9鑺 鋰?艍)?婋Q浣=鼖s顆F嬈 ?2w聟F+W?:脄汄y賰亥I?p礪?wa 飛;Z厬 圪?呂Z?拶?騚咡譪 4#漲?鞗籽?菮=PM櫶k?卌蠑?q駜6項(xiàng)縠餗q鷹|U鬨潷歒?淬盭睟覙6u姮?M+/l!ol 諉:?5?磐嵸?錺潗 T?鈪醞3h袳 牒 唣?罐CB? 捓鐒k 挭鑈p衈聮嗌 蜞敏?l 孰PB潉?潕肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =M 痞 ?(瘣滸?( h?棧哐鋃$*?z 3蓚W 傯= %u旄 冏?塧 ?腦?U ZYY

18、h?w鵓?鎂+x脲燴哠K?q 梽桃 羀徬 ? w? 錭X?C?e ?gei鎃+, nit噈鲃 c ?u锳 9 硄 輕儍L8踇縎; W岐?u rH ?Wx鵛 8 吷y 兞 戀W 六 堲?-猴w兂.+嬼? 墎 娮 ?嗠鸊GiJ倭r J ?侜!?u?唻蕛? 凓 | ? 縖鴰嬔r 責(zé) | A伾 鼐*?% 磣嬓冴 苻 高 Hv霼?m | 兪 T?4撠 ? 聝 ?飌Z0?t蕞筍訌?3 髀続c?p? t 壉鄪Mr +?p ; 8齚 p 蕞驅(qū)_嬝3? ?%?佝較#?u 嬻芺婩 *?莀X _ ? 萄阯K詴qM? x拱曃 ?鳡?+腰 +?艃? ?U? 葭?橗?岶 %媗祆 ?呿祴?峙 % Ms?叫篂?X ?$ ?F笂 斚汶弸邏s?苾铏p蔭淥? 呉坡Y詢生蓯籀 塡塠= ?鬋 昆?SZ ?|_)5隠瑾.觠0峗E ?王?謷呻 u?蓌 X0 ?艣專 ?u?