《明渠恒定流》PPT課件(I)

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1、第7章明渠恒定流第7章明渠恒定流本章重點(diǎn)掌握:明渠均勻流的水力計(jì)算明渠恒定非均勻流的水面曲線定性分析及定量計(jì)算§7.1明渠的分類一、據(jù)形成原因分天然河道、人工渠道等二、據(jù)斷面形狀分矩形渠道、梯形渠道、圓形渠道、U形渠道等三、據(jù)斷面形式沿程變化分棱柱形渠道非棱柱形渠道四、據(jù)渠道底坡分平坡渠道、順坡渠道、逆坡渠道等§7.2明渠均勻流工程實(shí)例§7.2明渠均勻流§7.2明渠均勻流§7.2明渠均勻流一、明渠均勻流的形成條件及特征1.明渠均勻流為勻速流、等深流，只可能發(fā)生在棱柱形渠道中2.明渠均勻流只可能發(fā)

2、生在順坡的棱柱形渠道中3.明確均勻流只可能發(fā)生在坡度、糙率不變的順坡的棱柱形渠道中4.明渠均勻流具有渠道底坡線//水面線（測(cè)壓管水頭線）//總水頭線思考題：對(duì)于有壓管道均勻流，是否一定也有3個(gè)坡度相等？§7.2明渠均勻流二、明渠均勻流基本公式1.連續(xù)性方程2.謝才公式式中謝才系數(shù)　　　　　　　　?。M寧公式）或　　　　　　　　　（巴甫洛夫斯基公式）其中§7.2明渠均勻流三、明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速1.明渠水力最優(yōu)斷面定義當(dāng)一定時(shí)，使渠道的過流能力　　　　　　　的渠道斷面，稱為明渠水力最優(yōu)斷面。

3、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)分析可知，當(dāng)一定時(shí)，使渠道的過流能力，必有，故選濕周　為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)．由§7.2明渠均勻流以梯形渠道為例濕周令　　　　　　　得明渠水力最優(yōu)斷面渠道的寬深比§7.2明渠均勻流說明：明渠水力最優(yōu)斷面渠道的水力半徑等于水深的一半；明渠水力最優(yōu)斷面渠道并不一定是技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)渠道；明渠水力最優(yōu)斷面渠道一般適用于中小型渠道設(shè)計(jì)．２.允許流速不淤積不沖刷§7.2明渠均勻流四、明渠均勻流水力計(jì)算類型1.驗(yàn)算渠道的通過能力Q2.設(shè)計(jì)渠道底坡3.設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸（b,h）兩個(gè)未知量，一個(gè)方程（連續(xù)性方程

4、），尚需補(bǔ)充一個(gè)條件才能求解。補(bǔ)充的途徑有：指定b,求h（試算）可用如下迭代公式求解§7.2明渠均勻流指定h,求b(試算同前）補(bǔ)充水力最優(yōu)條件補(bǔ)充允許流速條件聯(lián)立，可得b、h聯(lián)立，可得b、h§7.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念一、斷面單位能量（斷面比能）e1.定義斷面比能e為基準(zhǔn)面選在斷面最低點(diǎn)的機(jī)械能。因（相對(duì)于任意基準(zhǔn)面0-0）（漸變流斷面）故（對(duì)于棱柱形渠道）§7.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念2.e沿程變化規(guī)律分析：E與e的區(qū)別基準(zhǔn)面的區(qū)別沿程變化規(guī)律的區(qū)別§7.3明渠恒定非均勻

5、流動(dòng)的若干基本概念3.e沿水深的變化規(guī)律§7.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念二、臨界水深1.定義相應(yīng)于時(shí)的水深，稱為臨界水深。2.臨界流方程令可得臨界流方程上式一般需試算求解。但對(duì)于矩形斷面比較：均勻流水深（正常水深）臨界水深§7.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念三、臨界坡度2.臨界坡度的計(jì)算聯(lián)立可得與i無關(guān)1.定義：相應(yīng)于時(shí)的渠道底坡度為臨界坡度。第7章明渠恒定流3.據(jù)與的大小關(guān)系，可將渠道底坡分類急坡渠道臨界坡渠道緩坡渠道§7.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念四、緩流、臨界流、急流1

6、.各種流態(tài)的特征緩流:小深h較大，流速v較小，多見于平原河流。急流:水深h較小，流速v較大，多見于山區(qū)河流。臨界流:介于緩流和急流之間，處于臨界狀態(tài)?！?.3明渠恒定非均勻流動(dòng)的若干基本概念2.判別方法臨界水深法弗勞德數(shù)法§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介一、水躍現(xiàn)象§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介二、水躍的應(yīng)用§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介三、水躍計(jì)算（只研究完整水躍）假定：①.水躍段長(zhǎng)度不大；②.躍前、躍后斷面為漸變流斷面；③.躍前、躍后斷面的動(dòng)量修正系數(shù)相等，即§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介1.完整水躍的基本方程設(shè)

7、水躍函數(shù)則水躍方程可寫成式中　　　　　　為水躍共軛水深．§7.4明渠水躍簡(jiǎn)介2.水躍能量損失３.水躍段長(zhǎng)度§7.5明渠恒定非均勻漸變流水面曲線基本微分方程§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析一、明渠非均勻流水面曲線的變化1.水流分區(qū)a區(qū)（緩流）b區(qū)介于之間（急流、緩流）c區(qū)（急流）§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析2.界限情況當(dāng)時(shí)，即與N-N線漸近；當(dāng)時(shí)，即與K-K線正交；當(dāng)時(shí)，即水面線趨于水平直線。3.變化

8、規(guī)律當(dāng)水深處于a區(qū)和c區(qū)時(shí)，水面曲線均為增深曲線；當(dāng)水深處于b區(qū)時(shí)，水面曲線必為降深曲線?！?.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析§7.6棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定性分析二、明渠恒定非均勻流水面曲線連接分析1.無水躍變坡情況水面曲線分析步驟N-N線、K-K線的相對(duì)位置確定；控制點(diǎn)確定水文勘測(cè)中的應(yīng)用2.有水躍變坡情況遠(yuǎn)驅(qū)水躍臨界水躍淹沒水躍3.變糙率情況§7.7棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定量計(jì)算一、基本微分方程由得§7.7棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線定量