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水力学辅导材料6:一、第6章明槽恒定流动（1）【教学基本要求】1.了解明槽水流的分类和特征, 了解棱柱体渠道的概念, 掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。
2.了解明槽均匀流的特点和形成条件, 熟练掌握明槽均匀流公式, 并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。
3.理解水力最佳断面和允许流速的概念, 掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法, 学会正确选择明渠的糙率n值。
4.掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法, 能进行过流能力和正常水深的计算, 能设计渠道的断面尺寸。
5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法, 理解佛汝德数Fr的物理意义。
6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性, 掌握矩形断面明渠临界水深hk 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。
【内容提要和学习指导】这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。
本章有4个重点: 明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算, 这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。
学习中应围绕这4个重点, 掌握相关的基本概念和计算公式。
这一讲我们讨论前2个问题, 后面2个问题将放在第7讲讨论。
明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面, 自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动, 相应的水流运动要素也发生变化, 形成了不同的水面形态。
6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类（1）明槽水流的分类明槽恒定均匀流明槽恒定非均匀流明槽非恒定非均匀流明槽非恒定均匀流在自然界是不可能出现的。
（2）明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度, 又可以分为渐变流和急变流。
明槽梯形断面水力要素的计算公式:水面宽度 B = b +2 mh （6—1） 过水断面面积 A =（b + mh ）h （6—2） 湿周 （6—3） 水力半径 （6—4） 式中: b 为梯形断面底宽, m 为梯形断面边坡系数, h 为梯形断面水深。
《水力计算手册》（实用版）目录1.《水力计算手册》概述2.《水力计算手册》的内容3.《水力计算手册》的应用领域和价值4.《水力计算手册》的特点和优势5.结论正文《水力计算手册》是一本关于水力计算的专业工具书，涵盖了水力学的基本理论、方法和应用。
本文将从以下几个方面对《水力计算手册》进行介绍：概述、内容、应用领域和价值、特点和优势。
《水力计算手册》概述：《水力计算手册》是一本以水力计算为主题的专业工具书，主要介绍了水力计算的基本理论、方法和应用。
本书旨在为从事水力计算的工程师和技术人员提供一本实用的工具书，以便他们在实际工作中能够快速、准确地解决各种水力计算问题。
《水力计算手册》的内容：《水力计算手册》共分为十二章，内容包括：水力学基本概念、水力计算基本方法、水流运动理论、水力管道设计计算、水力泵站设计计算、水力发电设计计算、渠道水力学、水力建筑物设计计算、水力计算在工程中的应用等。
每一章都详细介绍了相关理论和方法，并附有丰富的实例和计算题，以便读者理解和掌握。
《水力计算手册》的应用领域和价值：《水力计算手册》广泛应用于水利工程、水电站、水力泵站、给排水工程等领域。
通过使用本书，工程师和技术人员可以更加准确地进行水力计算，提高工程设计质量和效率，降低工程风险，节约工程投资。
此外，本书还可以作为相关专业人员的培训教材，提高整个行业的技术水平。
《水力计算手册》的特点和优势：1.系统性强：本书从水力学基本理论到实际工程应用，内容系统完整，方便读者学习和查阅。
2.实用性强：本书详细介绍了各种水力计算方法和实例，并附有丰富的计算题，便于读者理解和掌握。
3.更新及时：本书根据行业发展和最新技术动态，对相关内容进行了更新和补充，保证了内容的时效性。
4.适用范围广：本书适用于水利工程、水电站、水力泵站、给排水工程等多个领域，具有较高的参考价值。
结论：《水力计算手册》是一本具有较高实用价值的专业工具书，为从事水力计算的工程师和技术人员提供了一本实用的工具书。
《水力计算手册》一、引言水力计算在水务工程中具有举足轻重的地位，它关乎工程的合理性、安全性和经济性。
水力计算手册作为一本实用工具书，旨在为工程技术人员提供便捷、准确的计算方法和技术支持。
二、水力计算基础概念1.水力参数水力计算涉及的主要参数包括流量、压力、流速、粗糙度等。
正确获取这些参数是进行水力计算的前提。
2.水力计算公式与方法水力计算公式和方法主要包括达西-威斯巴赫公式、莫迪公式、埃克特公式等。
了解这些公式和方法有助于快速完成水力计算。
三、水力计算步骤1.确定计算目标：明确计算目的，如管道直径、泵站规模等。
2.收集相关资料：包括工程设计资料、水质检测报告等。
3.进行初步计算：根据已知条件，采用适当的方法进行初步计算。
4.校核计算结果：对初步计算结果进行校核，确保其准确性。
5.编写计算报告：将计算过程和结果整理成报告，以便审阅和存档。
四、水力计算应用于实际工程案例1.给水排水工程：通过水力计算确定管道直径、泵站规模等参数。
2.水利枢纽工程：对水库、水闸等建筑物进行水力计算，确保工程安全。
3.输水管道工程：计算管道内水流速度、压力损失等，为工程设计提供依据。
4.泵站工程：通过水力计算选择合适型号的泵站设备。
五、水力计算软件介绍与使用方法1.常见水力计算软件概述：简要介绍市场上常见的水力计算软件。
2.水力计算软件操作演示：以某款水力计算软件为例，演示操作流程。
六、水力计算注意事项与建议1.遵守国家相关法规与标准：在进行水力计算时，应遵循国家法规和行业标准。
2.确保计算数据的准确性：收集完整、准确的数据，避免因数据错误导致计算结果失真。
3.结合实际工程合理选用计算方法：根据工程特点选择合适的计算方法。
4.注重计算结果的可行性：在计算过程中，要充分考虑工程实际，确保计算结果具有可行性。
七、总结与展望1.水力计算手册为工程技术人员提供了一部实用的工具书，有助于提高水力计算的准确性和效率。
2.随着技术的发展，水力计算将面临更多挑战，如复杂地形、新型材料的应用等。
《水力计算手册》
（原创版）
目录
1.《水力计算手册》简介
2.水力计算的基本原理
3.手册中的主要内容和章节
4.手册的应用范围和价值
5.结论
正文
《水力计算手册》是一本关于水力计算的实用性手册，旨在为水力工程师、水利工程师、土木工程师等提供在水力计算方面的专业指导。
水力计算是水利工程设计、施工和运行管理中的重要环节，它包括水力学、水文学、水文地质学等多个方面的知识。
水力计算的基本原理主要涉及流体力学、水力学和水文学的基本理论和公式。
例如，流体力学中的连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程等，水力学中的水头损失、水流速度、压力等，水文学中的径流、蒸发、降水等。
《水力计算手册》中的主要内容和章节涵盖了水力计算的各个方面，包括水力计算的基本原理和方法、水力计算的实际应用、水力计算的案例分析等。
手册中的每个章节都详细讲解了相关的理论知识和计算方法，并附有丰富的实例和练习题，以便读者更好地理解和掌握水力计算的知识和技能。
手册的应用范围非常广泛，不仅可以作为水利工程、土木工程等相关专业的教材或参考书，也可以作为水力工程师、水利工程师、土木工程师等在职人员的工具书。
此外，手册中的知识和技能也适用于其他涉及水力
计算的领域，如水资源管理、水环境治理、城市规划等。
814水力学参考书目在水力学领域，有许多经典的参考书目可以供学习和参考。
以下是一些常用的水力学参考书目，涵盖了不同层次和专业背景的读者需求：1. "水力学"（作者，陈骏），这是一本经典的水力学教材，内容全面，涵盖了水力学的基本理论和应用。
适合初学者和学术研究者使用。
2. "水力学与河流动力学"（作者，李志远），该书详细介绍了水力学和河流动力学的基本原理和应用，包括水流力学、水力学计算、河流水动力学等内容。
适合工程技术人员和研究者阅读。
3. "水力学原理与应用"（作者，王志刚），这本书系统地介绍了水力学的基本原理和应用技术，包括流体静力学、流体动力学、水力计算等内容。
适合工程技术人员和研究者使用。
4. "水力学分析与设计"（作者，陈骏、王志刚），该书介绍了水力学的基本理论和分析方法，包括流体静力学、流体动力学、水力机械等内容。
同时，还提供了一些实际工程案例进行分析和设计。
适合工程实践者和学术研究者阅读。
5. "水力学导论"（作者，李志远），这本书主要介绍了水力学的基本概念、基本原理和基本方法，包括流体静力学、流体动力学、水力计算等内容。
适合初学者和工程技术人员阅读。
6. "水力学与水资源工程"（作者，王志刚、李志远），该书综合介绍了水力学和水资源工程的基本理论和应用技术，包括水力学基础、水力计算、水力机械、水资源规划与管理等内容。
适合工程技术人员和研究者使用。
以上是一些常见的水力学参考书目，每本书都有其特点和重点，选择适合自己的参考书对于学习水力学是非常重要的。
希望能对你有所帮助！。
水力计算手册
水力计算手册
水力计算手册是一本专门用于水力计算的参考书，它提供了有关水力计算的基本原理、方法和技术。
它是水力学家、工程师和科学家的重要参考资料，也是水力计算的重要工具。
水力计算手册包括水力学、水力机械、水力流体力学、水力计算方法、水力计算软件、水力计算实例等内容。
它提供了水力计算的基本原理、方法和技术，以及水力计算的实例，可以帮助读者更好地理解水力计算的基本原理和方法。
水力计算手册还提供了水力计算软件的使用方法，可以帮助读者更好地使用水力计算软件，更好地完成水力计算任务。
水力计算手册是水力学家、工程师和科学家的重要参考资料，也是水力计算的重要工具。
它可以帮助读者更好地理解水力计算的基本原理和方法，更好地使用水力计算软件，更好地完成水力计算任务。
《水力计算手册》
摘要：
1.《水力计算手册》概述
2.《水力计算手册》的内容
3.《水力计算手册》的应用领域
4.《水力计算手册》的作者及其贡献
5.《水力计算手册》的评价与影响
正文：
《水力计算手册》是一本关于水力学计算的工具书，旨在为水力学研究者和工程师提供实际应用中的计算方法和技巧。
该手册内容丰富，覆盖了水力学的各个方面，包括流体力学、水力机械、水力传输、水力发电等。
《水力计算手册》系统地介绍了水力学的基本理论和公式，以及各种实际应用的水力计算方法。
手册中还附有大量的实例和案例分析，以便读者更好地理解和应用所学知识。
此外，该手册还涵盖了水力计算的最新技术和研究成果，为读者提供了最前沿的参考资料。
《水力计算手册》广泛应用于水力学研究、工程设计、施工管理等各个领域。
无论是在水利工程、水电站、水力发电、城市供水等领域，还是在水环境治理、水资源开发和利用等方面，该手册都具有重要的实用价值。
《水力计算手册》的作者长期从事水力学研究，积累了丰富的实践经验和理论知识。
他们在手册中总结了自己的研究成果，为水力学领域的发展做出了重要贡献。
总体来说，《水力计算手册》是一本具有很高参考价值和实用意义的工具
书。
它不仅为水力学研究者和工程师提供了宝贵的计算方法和技巧，还推动了水力学领域的发展和进步。
燃气工程庭院户内水力计算重庆市川东燃气工程设计研究院齐海鸥2010.01一、水力计算基础知识水力计算的目的：树立“成本意识”，合理的确定管网的管径、流量、压力（压力降）。
由于项目公司所做设计多为小区内的燃气管道，因此这里主要介绍小区庭院燃气管道水力计算、户内燃气管道水力计算、商业用户燃气管道水力计算。
1、水力计算步骤（1）选择一条最不利管路（离已知压力点最远的一条管路），标好节点及管道长度；（2）确定节点流量；（3）初选管径，再进行校核并修改；（4）完善水力计算图（标管径，压力降，节点压力）。
2 、水力计算的基本公式（1）总压力降=局部压力降+沿程压力降 （简化计算：总压力降=1.05~1.1倍沿程压力降） （2）压力降计算公式： A 、低压管道计算公式5271026.6T Td Q l P ρλ⨯=∆ B 、中压管道计算公式05225.092221)2.192(104.1T T dQ Q dv d K L P P ρ+⨯=- C 、速度控制低压管道流速控制在5m-8m （经济流速为6m ）,中压管道流速控制在10-16m 。
3、燃气小时计算流量的确定燃气管道及设备的通过能力都应按燃气计算月的小时最大流量进行计算。
小时计算流量的确定，关系着燃气输配系统的经济性和可靠性。
确定燃气小时计算流量的方法有两种：不均匀系数法和同时工作系数法。
（1）不均匀系数法适用于城镇燃气分配管道计算流量，对于整个城市管网的水力计算一般用此方法。
计算公式如下：Q h＝（1／n）·Q a式中：Q h —燃气小时计算流量（m3／h）；Q a —年燃气用量（m3／a）；n —燃气最大负荷利用小时数（h）；其值n＝（365×24）／K m K d K h K m—月高峰系数。
计算月的日平均用气量和年的日平均用气量之比；K d—日高峰系数。
计算月中的日最大用气量和该月日平均用气量之比；K h—小时高峰系数。
计算月中最大用气量日的小时最大用气量和该日小时平均用气量之比；居民生活和商业用户用气的高峰系数，应根据该城镇各类用户燃气用量（或燃料用量）的变化情况，编制成月、日、小时用气负荷资料，经分析研究确定。
当缺乏用气量的实际统计资料时，结合当地具体情况，可按下列范围选用。
月高峰系数取1.1～1.3；日高峰系数取1.05～1.2；小时高峰系数取2.2～3.2。
工业企业和燃气汽车用户燃气小时计算流量，宜按每个独立用户生产的特点和燃气用量（或燃料用量）的变化情况，编制成月、日、小时用气负荷资料确定。
采暖通风和空调所需燃气小时计算流量。
可按国家现行的标准《城市热力网设计规范》CJJ34有关热负荷规定并考虑燃气采暖通风和空调的热效率折算确定。
（2）同时工作系数法在设计庭院燃气支管和室内燃气管道时，燃气的小时计算流量，应根据所有燃具的额定流量及其同时工作系数确定。
计算公式如下：Q h＝K t（∑KNQ n）（公式1）式中Q h—燃气管道的计算流量（m3／h）；K t—不同类型用户的同时工作系数；当缺乏资料时，可取Kt＝1；K —燃具同时工作系数，居民生活用燃具可按表1确定，商业和工业用燃具可按加热工艺要求确定；N —同一类型燃具的数目；Q n—燃具的额定流量（m3／h）。
居民生活用燃具的同时工作系数K表1二、庭院燃气管道水力计算1、低压燃气管道的基本计算公式（单位长度的摩擦阻力损失）低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按下式计算：L ∆P ＝6.26×107λ52dQ ρ0T T （公式2）式中 △P ——燃气管道摩擦阻力损失（Pa ）；λ——燃气管道摩擦阻力系数；计算方法如下公式3-公式6计算。
L ——燃气管道的计算长度（m ）； Q ——燃气管道的计算流量（m 3/h ）； d ——管道内径（mm ）； ρ——燃气的密度（kg/m 3）；T ——设计中所采用的燃气温度（K ），本设计中取燃气温度为15℃； T 0——273.15（K ）；不同流态下，摩擦阻力系数λ值不同，计算公式如下：层流状态（Re<2100）：Re64=λ （公式3） 临界状态（Re=2100~3500）：510-65Re 2100Re 03.0-+=λ （公式4）紊流状态（Re>3500）： 钢管 25.0Re 68d 11.0⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=λ （公式5）铸铁管284.0Q d 5158d 1102236.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=v λ （公式6）式中 λ——燃气管道摩擦阻力系数；Re ——雷诺数，vdw=Re ，d 为管道内径（m ），w 为管道断面的平均流速（m/s ），d ——管道内径（mm ）；Q ——燃气管道的计算流量（m 3/h ）； v ——燃气的运动粘度（m 2/s ）； △——管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管：输送天然气和气态液化石油气时取0.1；输送人工煤气时取0.15。
对于庭院燃气管道，燃气在管道中的运动状态绝大多数在紊流过渡区，因此一般取25.0Re 68d 11.0⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=λ，相应的单位长度的摩擦阻力损失计算公式为：L ∆P＝6.9×10625.0Q d 2.192d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆v 52dQ ρ0T T（公式7） 2、低压燃气管网压降及压降分配（1）城镇低压燃气管道从调压柜到最远端燃具的管道允许阻力损失 城市燃气管网与用户的连接有两种方法：一、通过用户调压器与燃具连接，这样管网中压力的波动不影响用户处的压力，燃气具就能在恒定压力下工作；二、用户直接与低压管网相接，这样，随着管网中流量的变化和压力的波动，燃具前的压力也随之变化。
为了满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况，应控制燃具前的压力波动范围。
在计算工况下，管网的计算压力降就等于燃具压力的最大波动范围：n P K K P P P )(21min max -=-=∆一般民用燃具的正常工作可允许其压力在±50%范围内波动，但考虑到高峰期一部分燃具不宜在过低的负荷下工作，因此，取最小压力系数K 2=0.75，最大压力系数K 1=1.50。
这样，低压燃气管网（包括庭院和室内管）总的计算压力降可确定为：n P P 75.0=∆（不包括煤气表）按最不利情况即当用气量最小时，靠近调压柜的最近用户处有可能达到压力的最大值，但由调压柜到此用户之间最小仍有约150Pa 的阻力（包括煤气表阻力和干支管阻力），故低压燃气管道（含室内和庭院管）总的计算压力降最少还可以加大150Pa 。
则燃气低压管道从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式计算：15075.0+=∆n P P式中 P ∆——从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失（Pa ）； n P ——低压燃具的额定压力（Pa ）。
注：P ∆含室内燃气管道允许阻力损失。
根据上式，推算出低压燃气管道允许总压降如下表2所示。
低压燃气管道允许总压降表2低压燃气管道允许总压力降的分配按《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）（281页）的推荐值，如下表3：低压燃气管道允许总压力降的分配表3如果调压箱出口压力调到3000Pa，则庭院的最大压力降为3000-1500-400=1100Pa；庭院的额定压力降为3000-2000-400=600Pa。
即：庭院压力降范围ΔP=600Pa~1100Pa。
室内管道压力损失300-400Pa，假定调压柜出口3000（2800）Pa，灶具额定压力2000Pa。
庭院总压力损失3000（2800）-2000-300（400）=700（400）Pa。
因此，总压力损失在400-700之间是合理的，大于700，管径偏小，小于400，管径偏大。
以总压降与允许的计算压力降比较，如不合适需要改变个别管段的管径。
公共建筑和工业企业专用调压站出口最大压力由燃烧器具工艺而定。
当由小区内直接调压时，燃气管道允许的阻力损失应保证最不利点（包括最近端和最远端及特殊点）处的燃具在其最低和最高使用压力之间正常工作。
2、节点流量的计算在枝状管网中节点流量即从该节点流出的燃气流量，节点流量等于该节点后管段的计算流量，即：Q n=Q n~n+1。
详细算法详见例题。
3、节点压力的计算节点压力即为沿燃气流动方向上该节点上一节点与该节点前管段压降之差。
详细算法详见例题1。
例题1：图1 庭院燃气管道水利计算图下面以图1为例详细说明一下庭院燃气管道水力计算的做法，主要包括管段压力降的计算、节点流量的计算和节点压力的计算。
1、管段压力降的计算计算可按下述步骤进行：（1）首先选取最不利管路（一般选最长的管路），将各管段按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号。
（2）求出各管段的额定流量Q n，由Q n及各管段供气的用具同时工作系数值K可求得各管段的计算流量值Q。
庭院燃气管道燃气小时计算流量采用同时工作系数法，计算公式用公式1。
（3）根据各管段的计算流量Q以及预选的管径d确定单位长度的摩擦阻力损失。
低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按公式2—公式7计算。
（4）根据已知管段长度和步骤（3）所计算的单位长度的摩擦阻力损失可求得管 段压力降P ∆=L∆PL 。
结合上述步骤，以管段1-2为例计算管段流量，管段1-2所带用户数为216户。
每户燃具的额定用气量为：燃气灶取 1.0Nm 3/h·台，家用燃气热水器取1.1 Nm 3/h·台，即Q n =1.0+1.1=2.1 Nm 3/h·台。
由表1线性插值查得，216户用户燃气双眼灶和快速热水器同时工作系数为K=0.158，将Q n 、K 带入公式1得：Q 1-2＝K t （∑KNQ n ）=1.0×0.158×216×2.1=71.67Nm 3/h管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE100材质的聚乙烯管，则管道内径为：d=dn -2×SDR dn =63-2×1163=51.5mm本例题中取ρ=0.75kg/m 3；ν=14.02×10-6m 2/s ，将其带入公式7，则该管段单位长度的摩擦阻力损失为：L 2-1∆P ＝6.9×106（d K +192.2×21-Q dv ）0.2552dQ ρ0T T =6.9×106×（5.511.0+192.2×67.711002.145.516-⨯⨯）0.25×525.5167.71×0.75×15.27315.288=19.31Pa/m根据上面的计算L2-1∆P =19.31Pa/m ，已知管段1-2的长度L=2m ，则： 2-1P ∆=L2-1∆P L=19.31×2=36.63Pa 对于管段2-3，所带用户数为44+58+42+12+20=176户，由表1线性插值查得176户同时工作系数为K=0.162，将Q n 、K 带入公式1，得：Q 2-3＝K t （∑KNQ n ）=1.0×0.162×176×2.1=59.88Nm 3/h管段2-3同管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE100材质的聚乙烯管，管道内径d=51.5mm ，则：L 3-2∆P ＝6.9×106（d K +192.2×32-Q dv ）0.2552d Q ρ0T T=6.9×106×（5.511.0+192.2×88.591002.145.516-⨯⨯）0.25×525.5188.59×0.75×15.27315.288=13.80Pa/m已知管段2-3的长度L=6m ，则：3-2P ∆=L3-2∆P L=13.80×6=82.80Pa 将其列入表4中。
