明渠恒定均匀流.ppt
第5章 明渠恒定均匀流,Steady uniform flow in open channel,重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程,1.明渠均匀流的水力特性及产生的条件.2.明渠均匀流水力计算基本公式及其应用.3.水力最佳断面的概念及梯形断面水力最优宽深比条件.,第5章 明渠恒定均匀流,本章重点:,重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程,第5章 明渠恒定均匀流,明渠：具有与大气相接触的自由表面的流动形态。,草街航电枢纽,第5章 明渠恒定均匀流,第5章 明渠恒定均匀流,第5章 明渠恒定均匀流,明渠水流的分类,由于是均匀流动，在流动方向的外力应相互平衡：,意义：在明渠均匀流中摩阻力Ff 与水流重力在流动方向的分力相平衡。,第5章 明渠恒定均匀流,5.1.1 明渠的横断面,其中，m为边坡系数；,第5章 明渠恒定均匀流,5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响,梯形断面的断面参数：,水面宽度：,过水断面面积：,湿周：,水力半径：,第5章 明渠恒定均匀流,5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响,典型过水断面的断面参数：,第5章 明渠恒定均匀流,5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响,棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡均沿程不变的顺直渠道。,反之，则称为非棱柱体渠道。,第5章 明渠恒定均匀流,5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响,在非棱柱体渠道中，由于断面形状、尺寸及底坡等沿程发 生变化，流线不会是平行的直线，故水流不可能形成均匀流动。,明渠的底坡,第5章 明渠恒定均匀流,5.1 明渠的类型及其对水流运动的影响,明渠渠底纵向倾斜的程度，用i 表示，。,5.2.1 明渠均匀流的特性,第5章 明渠恒定均匀流,5.2 明渠均匀流的特性及其产生条件,明渠均匀流的水力特性及产生条件；,第5章 明渠恒定均匀流,5.2 明渠均匀流的特性及其产生条件,第5章 明渠恒定均匀流,5.2 明渠均匀流的特性及其产生条件,均匀流水深的取法,5.2.2 明渠均匀流产生的条件,均匀流的近似,第5章 明渠恒定均匀流,5.2 明渠均匀流的特性及其产生条件,第5章 明渠恒定均匀流,5.3 明渠均匀流的计算公式,明渠均匀流水力计算基本公式及其应用；,水力最佳断面,符合该条件的断面，工程量最小，称水力最佳断面。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,水力最佳断面的概念及梯形断面水力最优宽深比条件；,由几何知识知：当面积一定时，圆形断面的湿周最小，水力半径最 大，而半圆形断面与圆形断面水力半径相等。由于半圆形断面不便于施工，因此，实际中常采用 梯形断面。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,梯形断面水力最佳断面的推求,根据水力最佳断面的含义，有：,即：,而：,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,梯形水力最佳断面的宽深比b/h仅与边坡系数m有关。,又：,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,可得：,梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,不难证明，矩形或梯形水力最佳断面实际是半圆 的外切多边形断面。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,对一般土渠，m 0,；即梯形水力最佳断面通 常为窄而深断面，这种断面工程量虽小，但不便施工及维 护，故无衬护的大型土渠不宜采用梯形水力最佳断面。,允许流速,渠道中的流速v应小于不冲允许流速v，以保证渠道免遭冲刷(表5-3)；,渠道中的流速v应大于不淤流速v”，以保证水流中悬浮的泥沙不淤积在渠道中；,对航运渠道及水电站引水渠，渠中流速还需满足技术经济条件及应用管理方面的要求。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,m已知时，是已知的。,第5章 明渠恒定均匀流,5.4 水力最佳断面及允许流速,思考题：5.1 5.2 5.3习题：5.1 5.2 5.3,本讲作业,水力学(第四版)上册,P213页习题5.1、5.2、5.3,第5章 明渠恒定均匀流,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,一般情况下，边坡系数m及粗糙系数n是根据渠道护 面材料的种类，用经验方法来确定。因此，工程实践中所 提出的明渠均匀流的水力计算问题，主要有下列几种类型：,对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,1、已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系数 n，求通过的流量Q(或流速v)。,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,2、已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡系数m 和粗糙系数n，求水深h。,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,(2)迭代法(略),第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,3、已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡系数m 及粗糙系数n，求渠道底宽b。,这一类问题的计算方法，与前一类求h的方法类似，也是采用试算-图解法或查图法。,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,4、已知渠道的设计流量Q、水深h、底宽b、粗糙系数 n及边坡系数m，求底坡i。,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,5、已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边坡系 数m，要求设计渠道断面尺寸。,第5章 明渠恒定均匀流,5.5 明渠均匀流的水力计算,5.6.1 断面周界上粗糙度不同的明渠均匀流水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,非均质渠道：湿周的各部分具有不同粗糙系数的渠道。,处理方法：各部分不同的糙率按综合糙率(等效糙率)统一计算。,2、一般情况下，可按加权平均估算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,5.6.2 复式断面明渠均匀流的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,第5章 明渠恒定均匀流,5.6 粗糙度不同及复式明渠的水力计算,本章小结,第5章 明渠恒定均匀流,1、明渠均匀流的水力特性及产生条件；,(1)水力特性,本章小结,第5章 明渠恒定均匀流,(2)产生条件,本章小结,第5章 明渠恒定均匀流,2、明渠均匀流水力计算基本公式及其应用；,本章小结,第5章 明渠恒定均匀流,3、水力最佳断面的概念及梯形断面水力最优宽深比条件；,(1)概念,(2)最优宽深比条件,本讲作业,第5章 明渠恒定均匀流,
