明渠恒定流(均勻流與非均勻流)

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案水力學(xué)教案第六章明槽恒定流動(dòng)【教學(xué)基本要求】1、了解明槽水流的分類和特征，了解棱柱體渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形斷面明渠的幾何特征和水力要素。2、了解明槽均勻流的特點(diǎn)和形成條件，熟練掌握明槽均勻流公式，并能應(yīng)用它來(lái)進(jìn)行明渠均勻流水力計(jì)算。3、理解水力最佳斷面和允許流速的概念，掌握水力最佳斷面的條件和允許流速的確定方法，學(xué)會(huì)正確選擇明渠的糙率n值。4、掌握明槽均勻流水力設(shè)計(jì)的類型和計(jì)算方法，能進(jìn)行過(guò)流能力和正常水深的計(jì)算，能設(shè)計(jì)渠道的斷面尺寸。5、掌握明渠水流三種流態(tài)（急流、緩流、臨界流）的運(yùn)動(dòng)特征和判別明渠水流流態(tài)的方法，理解佛汝德數(shù)Fr的物理

2、意義。6、理解斷面比能、臨界水深、臨界底坡的概念和特性，掌握矩形斷面明渠臨界水深hk的計(jì)算公式和其它形狀斷面臨界水深的計(jì)算方法。7、了解水躍和水跌現(xiàn)象，掌握共軛水深的計(jì)算，特別是矩形斷明渠面共軛水深計(jì)算。8、能進(jìn)行水躍能量損失和水躍長(zhǎng)度的計(jì)算。9、掌握棱柱體渠道水面曲線的分類、分區(qū)和變化規(guī)律，能正確進(jìn)行水面線定性分析，了解水面線銜接的控制條件。10、能進(jìn)行水面線定量計(jì)算。11、了解緩流彎道水流的運(yùn)動(dòng)特征。【內(nèi)容提要和教學(xué)重點(diǎn)】這一章是工程水力學(xué)部分內(nèi)容最豐富也是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的一章。本章有4個(gè)重點(diǎn)：明渠均勻流水力計(jì)算；明渠水流三種流態(tài)的判別；明渠恒定非均勻漸變流水

3、面曲線分析和計(jì)算，這部分也是本章的難點(diǎn)；水躍的特性和共軛水深計(jì)算。學(xué)習(xí)中應(yīng)圍繞這4個(gè)重點(diǎn)，掌握相關(guān)的基本概念和計(jì)算公式。明渠水流的復(fù)雜性在于有一個(gè)不受邊界約束的自由表面，自由表面能隨上下游的水流條件和渠道斷面周界形狀的變化而上下變動(dòng)，相應(yīng)的水流運(yùn)動(dòng)要素也發(fā)生變化，形成了不同的水面形態(tài)。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案6.1明槽和明槽水流的幾何特征和分類（1）明槽水流的分類明槽恒定均勻流明槽恒定非均勻流（包括漸變流和急變流）明槽非恒定流明槽非恒定流一定是非均勻流。明槽非均勻流根據(jù)其流線不平行和彎曲的程度，又可以分為漸變流和急變流。（2）明槽梯形斷面水力要素的計(jì)算公式：水面寬度B

4、=b+2mh（6—1）過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA=（b+mh）h（6—2）濕周（6—3）水力半徑（6—4）式中：b為梯形斷面底寬，m為梯形斷面邊坡系數(shù)，h為梯形斷面水深。它形狀斷面的幾何要素可按各自的相應(yīng)公式計(jì)算。（3）棱柱體明渠和非棱柱體明渠按照明渠橫斷面形狀尺寸是否沿流程變化可將明渠分為棱柱體明渠和非棱柱體明渠兩類。棱柱體明渠是指斷面形狀尺寸沿流程不變的長(zhǎng)直明渠。在棱柱體明渠中，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e只隨水深變化，即。軸線順直斷面規(guī)則的人工渠道、涵洞、渡槽等均屬此類。非棱柱體明渠是指斷面形狀尺寸沿流程不斷變化的明渠。在非棱柱體明渠中，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e除隨水深變化外，還隨流程變化，即。常

5、見(jiàn)的非棱柱體明渠是漸變段（如扭面），另外，斷面不規(guī)則，主流彎曲多變的天然河道也是非棱柱體明渠的例子。當(dāng)渠道的斷面形狀和尺寸沿流程不變的長(zhǎng)直渠道我們稱為棱柱體渠道。（4）縱斷面和底坡沿渠道中心線所做的鉛垂平面與渠底的交線稱為底坡線（渠底線、河底線），即明渠的縱斷面。該鉛垂面與水面的交線稱為水面線。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案為了表示底坡線沿水流方向降低的緩急程度，引入了底坡的概念。底坡是指沿水流方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的渠底高程降落值，以符號(hào)表示。底坡也稱縱坡，可用下式計(jì)算。式中，、為渠道進(jìn)口和出口的槽底高程；為渠道進(jìn)口和出口間的流程長(zhǎng)度；為底坡線與水平線之間的夾角。通常由于角很小，

6、故常以兩斷面間的水平距離來(lái)代替流程長(zhǎng)度，即。根據(jù)底坡的正負(fù)，可將明渠分為如下三類：稱為正坡或順坡；稱為平坡；稱為負(fù)坡、逆坡或反坡。人工渠道三種底坡類型均可能出現(xiàn)，但在天然河道中，長(zhǎng)期的水流運(yùn)動(dòng)形成往往是正坡。（4）掌握明渠底坡的定義，明渠有三種底坡：正坡（i＞0）平坡（i=0）和逆坡（i＜0。6.2明槽均勻流特性和計(jì)算公式（1）明槽均勻流的特征：a）均勻流過(guò)水?dāng)嗝娴男螤睢⒊叽缪亓鞒滩蛔?，特別是水深h沿程不變，這個(gè)水深也稱為正常水深。b）過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植己蛿嗝嫫骄魉傺亓鞒滩蛔?。c）總水頭線坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，J=Js=I。即水流的總水頭線、水面線

7、和渠底線三條線平行。從力學(xué)意義上來(lái)說(shuō)：均勻流在水流方向上的重力分量必須與渠道邊界的摩擦阻力相等才能形成均勻流。因此只有在正坡渠道上才可能形成均勻流。（2）明渠均勻流公式明渠均勻流計(jì)算公式是由連續(xù)性方程和謝才公式組成的，即Q=Av（6—5）（6—6）也可表示為：（6—7）曼寧公式為（6—8）式中K是流量模數(shù)，它表示當(dāng)?shù)灼聻閕=1的時(shí)候，渠道中通過(guò)均勻流的流量。（6—9）6.3明槽均勻流水力計(jì)算中的幾個(gè)問(wèn)題（1）粗糙率n糙率n是反映渠道邊界和水流對(duì)阻力影響的綜合參數(shù)，影響n值的因素很多，確定n值主要依靠經(jīng)驗(yàn)的積累和實(shí)驗(yàn)。實(shí)際工程計(jì)算中，正確選擇n值對(duì)進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)計(jì)算

8、十分重要。