第五章 明渠恒定均匀流.doc

文档介绍：第15讲(2课时)
第五章明渠恒定均匀流
明渠水流:当液体通过渠槽而流动时,形成与大气相接触的自由表面。为无压流。
分为恒定流与非恒定流,分为均匀流与非均匀流。
取一段明渠均匀流,则:,表明均匀流中阻力与重力分力相平衡。非均匀流中不平衡。
★5-1 明渠的类型及其对水流运动的影响
明渠的横断面
梯形、矩形、圆形等断面。
边坡系数:,即水平长度与垂直长度的比值。m与土的种类或护面情况而定。
梯形断面的水力要素:水面宽度;过水面积;宽深比;湿周;水力半径;平均水深。
矩形断面m=0,是梯形断面的特例。
棱柱体渠道:断面形状、尺寸及底坡沿程不变,同时又无弯曲的渠道。
非棱柱体渠道:断面形状、尺寸或底坡改变的渠道。
二、明渠的底坡
底坡:明渠渠底纵向倾斜程度。用i表示,。
顺坡:i>0; 平坡:i=0;逆坡:i<0。
只有在顺坡渠道中,重力才可能与阻力相平衡,才能形成均匀流。
★5-2 明渠均匀流的特性及其产生条件
明渠均匀流的特性
由于明渠均匀流的流线是相互平行的直线,从而有下列特性:
、尺寸及水深沿程不变;、断面平均流速沿程不变,动能修正系数及流速水头也沿程不变;、水面线及底坡线相互平行,即。
注意:水深的量取应垂直于底坡。当底坡较小时,水深可用铅垂方向的值代替;渠道长度也可用水平方向的投影长度代替。
二、明渠均匀流产生的条件
;;;。
一般来说大多数渠道中的水流都是非均匀流。
★5-3 明渠均匀流的计算公式
连续方程:;谢才公式:,则:
式中,为流量模数,反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。
正确选择粗糙系数是使用均匀流公式的关键。
★5-4 水力最佳断面及允许流速
水力最佳断面
水力最佳断面:流量一定时面积最小,或面积一定时流量最大。
根据均匀流公式:,
水力最佳断面对应于湿周最小或水力半径最大的断面。半圆形是水力最佳断面。
梯形断面:A=常数;=最小值。即:
;
消去db/dh后,得:,仅与边坡系数m有关。
从而:---即梯形水力最佳断面的水力半径是水深的一