明渠恒定流的流动类型及其判别课件.ppt

第七章 明渠恒定流,7-1 明渠均匀流7-2 明渠恒定流的流动类型及其判别 7-3 水跌与水跃,7-1 明渠均匀流,明渠流：水面与大气接触的渠槽中的水流运动称为明渠水流。,特点：具有自由表面。自由表面上受大气压作用，相对压强为零，又称为无压流。,水在渠道、无压管道以及江河中的流动都是明渠流动。,7.1.1 基本概念,均匀流与非均匀流,过水断面形状、尺寸以及过水断面上的流速分布沿程不变且流线为平行直线的流动称为明渠均匀流动，否则为非均匀流动。,在明渠非均匀流中，根据水流过水断面的面积和流速沿程变化的程度，分为渐变流动和急变流动。,底坡,渠底与水平面夹角的正弦，或者沿渠底单位距离上渠底高程的降低或升高值称为底坡，记为i。,明渠的分类,（1）顺底坡、平底坡与反底坡,顺底坡：渠底沿程降低的底坡，i0；,平底坡：渠底水平的底坡，i0;,反底坡：渠底沿程上升的底坡，i0.,规则断面有矩形、梯形、U形和圆形断面等，其断面形状及几何要素见表7.1.1。非规则断面如天然河道的断面。,（2）规则断面和非规则断面,（3）棱柱形渠道与非棱柱形渠道,断面形状、尺寸和底坡沿程不变的渠道称为棱柱形渠道，上述三者之一沿程变化的渠道称为非棱柱形渠道。,明渠均匀流的特点,1.总能线、测压管水头线及底坡线三者平行；,2.作用在水流上的重力在流动方向上的分量与明槽壁面上的摩擦力相等；,3渠底高程的降低值等于沿程水头损失。,均匀流运动的能源来自渠底高程的降低,平底坡和反底坡渠道中不能产生均匀流。,明渠均匀流产生的条件,1.沿程流量不变的恒定流；,2.棱柱形、正底坡、渠中无建筑物的长渠道中；,3.沿程粗糙系数n不变。,明渠均匀流的基本公式,谢才公式,曼宁公式,水力最佳断面,指在流量、底坡、粗糙系数已知时，要求设计的过水断面具有最小的面积；,或者说，在过水断面面积、底坡和粗糙系数等已知时，能使渠道通过的流量为最大，这种断面就是水力最佳断面。,当渠床的粗糙系数n、底坡i及过水断面积A一定时，湿周愈小流量Q愈大。,梯形断面的水力最佳断面,水力最佳断面的条件：过水断面面积A为常数和湿周最小。,梯形断面水力最佳断面的宽深比,取边坡系数m0，得最佳矩形断面的宽深比,一般只适用于流量或水深较小的渠道。,实际设计除了考虑水力最佳条件以外，还要综合考虑经济等其它方面的多种因素。,均匀流的解法,1.直接解法,（1）当其他量已知，求流量或底坡或粗糙系数时，可直接由均匀流渠道中的流量表达式求解。,（2）宽矩形断面渠道求正常水深h0。,（3）当已知渠道的宽深比时，求渠中的正常水深。,对梯形断面渠道：,2.试算法或图解法,（1）当已知Q、i、n、m、b（或h0）求h0（或b）时，由于此时需要求解关于h0和b的非线性方程，不能直接求解，只能采用试算法，或者应用附图的图解曲线求解。,（2）当已知宽深比=b/h0或者最佳宽深比m，可以用附图图解曲线求解。,3.联解,（1）当限制渠中流速v和水深h0（或b）求底坡i和底宽b（或h0）时；,（2）当限制渠中流速v和底坡i求水深h0和底宽b时。,7.1.3 渠道设计中的若干问题,1.渠道设计中的典型问题,（1）已知底坡、过水断面参数（包括形状、尺寸）及渠底材料等，求该渠道可能通过的流量大小；,（2）已知底坡、渠床材料及要求通过的流量，求应有的过水断面参数；,（3）已知要求通过的流量、过水断面参数及渠底材料，要求确定底坡。,2.边坡系数与底坡的确定,渠道的边坡系数由渠床土壤的性质确定。,水力学角度认为底坡应该尽量小，这样沿程水头损失小。,施工角度要求底坡尽量与地形坡度一致，这样易于使挖方与填方平衡，降低施工造价。,一般而言山区渠道和排水渠道的底坡陡些，而平原渠道和灌溉渠道的底坡缓些。一般土渠的底坡变化范围大约为i0.00010.001。,3.不冲不淤流速允许流速,渠道中的设计流速为v，不淤允许流速为v，不冲允许流速v为，则要求设计流速应该满足,不淤允许流速,查表7.1.4,由表中查得的流速需乘以系数k,不冲允许流速v,4.综合粗糙系数,渠道断面由三种护面组成：混凝土，光滑岩面和粗糙岩面。设它们的粗糙系数和湿周分别为n1，1；n2，2；n3，3，则整个断面的综合粗糙系数按下面计算,5.复式断面,由折线边坡组成的过水断面称为复式断面，由主河槽与滩地组成。,特点：主河槽的水力半径大、粗糙系数小，而滩地的水力半径小，粗糙系数大。,7.1.4 圆形断面内的无压均匀流,圆管中的流动具有自由表面，表面压强为大气压强时，当管路为坡度沿程不变的直线管路时，管路内的流动就是无压均匀流。,过水断面面积,湿周,水力半径,水面宽度,管中最大流量和最大流速并不发生在满管时。,例7.1.1 有一浆砌石护面的梯形断面渠道,边坡系数m=1.5,粗糙系数n=0.025,底坡i=0.0004,底宽b=5m,渠中通过的流量Q=8m3/s,该渠道的不冲允许流速v=3m/s,试求:（1）渠道中的正常水深h0;（2）该渠道是否满足不冲不淤条件。,（1）正常水深h0的计算,a.试算法,b.图解法,利用附图I进行图解。,然后由横坐标轴7.35处向上作垂线交m=1.5直线上于一点,再由此点向左引水平线与坐标轴的交点即为所求。,(2)不冲不淤检查,该渠道满足不冲不淤条件。,例7.1.2 欲修一混凝土护面的梯形断面渠道,已知底坡i=0.001,边坡系数m=1.5,粗糙系数n=0.017,要求渠道中通过的流量Q=5m3/s,试按水力最佳断面设计此渠道的断面尺寸。,(1)正常求解,(2)用附图I求解,例7.1.3 有一圆形混凝土污水管，已知底坡i0.005，粗糙系数n=0.014，充满度=0.75时流量Q=0.25m3/s，试求：该管的管径d。,7-2 明渠恒定流的流动类型及其判别,明渠均匀流产生的条件,1.沿程流量不变的恒定流；,2.棱柱形、正底坡、渠中无建筑物的长渠道中；,3.沿程粗糙系数n不变。,非均匀流产生的原因,（1）渠道的断面形状、尺寸、粗糙系数及底坡i沿程有变化；,（2）渠道较短或者渠中有水工建筑物存在。,明渠非均匀流的特点,（1）水深h和断面平均流速v沿程变化；,（2）流线间互相不平行；,（3）水力坡度线、测压管水头线和底坡线彼此间不平行。,研究非均匀流的主要任务,（1）定性分析水面曲线；,（2）定量计算水面曲线。,明渠恒定流的三种流动类型,缓流,急流,临界流,缓流的特点：缓流中水深较大，流速较小，干扰波既能向上游传播也能向下游传播。,急流的特点：急流中水深较浅，流速较大，急流渠道中干扰波只能向下游传播。,波速c的计算公式,假设一平底坡棱柱形渠道，渠内静水深为h，水面宽为B，过流断面面积为A，如用直立薄板向左拨动一下，使水面产生一个波高为h的微波，以速度c传播。,流动类型的判别,波速法,弗劳德（W.Froude）数法,断面比能法,水深法,底坡法,1.波速法,波速法是通过渠中的断面平均速度v与干扰波在静水中的传播速度c对比来确定流动类型。,一般断面渠道静水中波速c为,2.弗劳德（W.Froude）数法,通过渠中的断面平均速度v与干扰波在静水中的传播速度c之比来确定流动类型。,弗劳德数,流动类型的判别,3.断面比能法,单位重量水体相对于过水断面最低点处的水平面的总能量定义为断面比能，也称为断面单位能量，记为Es。,断面比能函数的特点,当流量、断面形状及尺寸一定时，断面比能Es只是水深h的函数,当h0时A0，于是Es，即断面比能函数曲线与水平轴渐近相切；,当h时A，于是Esh，即断面比能曲线与过坐标原点的45线渐近相切。,断面比能函数曲线,临界水深,4.水深法,临界水深时对应的断面比能最小,临界方程,临界方程的求解,（1）对于一般断面形状的渠道可以通过试算法求得临界水深。,（2）矩形、梯形及圆形断面明渠中的临界水深可以用附图的图解曲线求解。,（3）对于矩形断面,5.底坡法,在流量、断面形状及尺寸一定的棱柱形渠道中，均匀流水深恰巧等于临界水深时的渠底坡度定义为临界坡度，记为icr。,将正常水深h0满足的均匀流方程和hcr满足的临界方程联立求解就可以得到临界坡度。,（1）当渠道实际的坡度小于某一流量下的临界坡度，即ihcr时，称此渠道坡度为缓坡；,（2）当i=icr，从而h0=hcr时，此渠道的坡度称为临界坡度；,（3）当iicr，从而h0hcr时，此渠道的坡度称为陡坡。,注意：渠道底坡的缓陡之称并不是固定不变的。,当流量变化时相应的临界水深要变化，因而临界坡度也有变化，该渠道底坡的缓陡之称也将随之变化。,例7.2.1 有一浆砌块石护面的梯形断面渠道，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，底坡i=0.0004，底宽b=5m，当渠中通过流量Q=8m3/s时渠道中的正常水深h0=1.40m，试用所学的方法判别该渠道中的流动类型。,（1）波速法,是缓流。,（2）弗劳德数法,是缓流。,（3）断面比能法,是缓流。,（4）水深法,临界水深需要用试算法或图解法求解。,a.试算法,临界方程,b.图解法,附图II的图解曲线中横坐标为（圆形断面），纵坐标为（圆形断面），以梯形断面渠道的边坡系数m为参数绘出了临界方程曲线族。,由图中查得,是缓流。,35、功与失每个人都有一不的理想，这种理想决定着他的努力判断的方向。就在这个意义上，我从来不把安逸和享乐看做是生活目的的本身-这种基础，我叫它猪栏的理想。照亮我的道路，并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美、真。-爱因斯坦（美国）无论何时，不管怎样，我也绝不允许自己有一点灰心丧气。-爱迪生（美国）对我来说，信念意味着不担心。-杜威（美国）希望贯穿一切，临死也不会抛弃我们。-波普（美国）希望永远在人的胸膛汹涌。人要经常感觉不是现在幸福，而是就要幸福了。-波普（美国）毫无理想而又优柔寡断是一种可悲的心理。-培根（英国败的岭，可以用这五个字来表达-我没有时间。-富兰克林（美国）马云语：今天很残酷，明天更残酷，后天会很美好，但绝大多数人都死在明天晚上。马云语：今天很残酷，明天更残酷，后天会很美好，但绝大多数人都死在明天晚上。想要有空余时间，就不要浪费时间。-富兰克林（美国）忽视当前一刹那的人，等于虚掷了他所有的一切。-富兰克林（美国）时间不可空过，惟用之于有益的工作；一切无益的行动，应该完全制止。-富兰克林（美国）如果说时间是最宝贵的东西，那么浪费时间就是最大的挥霍你热爱生命吗？那么别浪费时间，也别和不值得交往的人来往.陈帅佛语懒鬼起来吧！别再浪费时间，将来在坟墓内有足够的时间让你睡的。-富兰克林（美国）人生太短暂了，事情是这样的多，能不兼程而进吗？-爱迪生（美国）真正的敏捷是一件很有价值的事。因为时间是衡量事业的标准，一如金钱是衡量货物的标准；所在在做事我有两个忠实的助手，企业在市场竞争中输赢的关键在于其核心竞争力的强弱，而实现核心竞争力更新的惟一途径就是创新。一项权威的调查显示：与缺乏创新的企业相比，成功创新的企业能获得20甚至更高的成长率；如果企业80的收入来自新产品开发并坚持下去，五年內市值就能增加一倍；全球83的高级经理人深信，自己企业今后的发展将更依赖创新。23、不创新，就灭亡福特公司创始人亨利?福特24、可持续竞争的惟一优势来自于超过竞争对手的创新能力著名管理顾问詹姆斯?莫尔斯25、创新是做大公司的惟一之路管理大师杰弗里26、顾客是重要的创新来源管理学家汤姆?彼得斯27、创新是惟一的出路，淘汰自己，否则竞争将淘汰我们英特尔公司总裁安迪?格罗夫28、创造性模仿不是人云亦云，而是超越和再创造哈佛大学教授西奥多?莱维特29、创新就是创造一种资源管理大师彼得?杜拉克第五章管理就是沟通、沟通再沟通P69松下幸之助关于管理有句名言：“企业管理过去是沟通，现在是沟通，未来还是沟通。”管理离不开沟通，沟通已渗透于管理的各个方面。正如人体内的血液循环一样，如果没有沟通的话，企业就会趋于死亡。30、管理就是沟通、沟通再沟通通用电器公司总裁杰克?韦尔奇31、沟通是管理的浓缩沃尔玛公司总裁萨姆?沃尔顿32、管理者的最基本能力：有效沟通英国管理学家L?威尔德33、不善于倾听不同的声音，是管理者最大的疏忽美国女企业家玛丽?凯34、企业管理过去是沟通，现在是沟通，未来还是沟通日本经营之神松下幸之助第六章管理就是决策P81美国著名管理学家赫伯特?西蒙指出：“决策是管理的心脏，管理是由一系列决策组成的，管理就是决策。”35、管理就是决策美国著名管理学家赫伯特?西蒙36、世界上每100家破产倒闭的大企业中，85%是因为企业管理者的决策不慎造成的世界著名的咨询公司美国兰德公司37、正确的决策来自众人的智慧美国社会学家T?戴伊38、一个成功的决策，等于90%的信息加上10%的直觉美国企业家S?M?沃尔森39、犹豫不决固然可以免去一些做错事的可能，但也失去了成功的机会美籍华裔企业家王安博士40、在没出现不同意见之前，不做出任何决策美国通用汽车公司总裁艾尔弗雷德?斯隆41、不要把所有的鸡蛋放在同一个篮子里美国经济学家托宾42、一次良好的撤退，应和一次伟大的胜利一样受到奖赏瑞士军事理论家菲米尼43、抓住时机并快速决策是现代企业成功的关键美斯坦大学教授艾森哈特44、决不能在没有选择的情况下，作出重大决策美国克莱斯勒汽车公司总裁李?艾柯卡45、如果有一个项目，首先要考虑有没有人来做。如果没有人做，就要放弃，这是一个必要条件。联想集团总裁柳传志第七章爱你的员工吧，他会百倍地爱你的企业P109法国企业界有一句名言：“爱你的员工吧，他会百倍地爱你的企业。”这一管理学的新观念，已经越来越深入人心，而且被越来越多的企业管理者所接受。实践使他们懂得，没有什么比关心员工、热爱员工更能调动他们的积极性、提高工作效率了。46、爱你的员工吧，他会百倍地爱你的企业法国企业界名言47、管理是一种严肃的爱美国国际农机商用公司董事长西洛斯?梅考克48、以爱为凝聚力的公司比靠畏惧维系的公司要稳固得多美国西南航空公司总裁赫伯?凯莱赫49、感情投资是在所有投资中，花费最少，回报率最高的投资一个是我的耐心，另一个就是我的双手。法蒙田36、无论什么时候，不管遇到什么情况，我绝不允许自己有一点点灰心丧气。爱迪生37、下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。毛泽东38、向着某一天终于要达到的那个终极目标迈步还不够，还要把每一步骤看成目标，使它作为步骤而起作用。歌德39、学而时习之，不亦说乎？孔子论语学而40、要从容地着手去做一件事，但一旦开始，就要坚持到底。比阿斯41、要在这个世界上获得成功，就必须坚持到底：至死都不能放手。伏尔泰42、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的。司汤达43、一个人做事，在动手之前，当然要详慎考虑；但是计划或方针已定之后，就要认定目标前进，不可再有迟疑不决的态度，这就是坚毅的态度。邹韬奋44、一日一钱，十日十钱。绳锯木断，水滴石穿。班固45、有罪是符合人性的，但长期坚持不改就是魔鬼乔叟46、欲速而不达。孔丘论语47、只要持之以恒，知识丰富了，终能发现其奥秘。杨振宁48、只要功夫深，铁杵磨成针。中国谚语49、只有毅力才会使我们成功，而毅力的来源又在于毫不动摇，坚决采取为达到成功所需要的手段。俄车尔尼雪夫斯基,