明渠自掺气水流(邓军,许唯临,卫望汝著)PPT模板

水 力 学
3.总水头线坡度、水面坡度、 3.总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者 总水头线坡度 相等， J = J 相等， =i
s
即水流的总水头线、 即水流的总水头线、水面线和渠底线三条 线平行。 线平行。
明渠恒定均匀流
从力学意义上说明渠均匀流中摩阻力 与水流重力在流动方向的分力相平衡。 与水流重力在流动方向的分力相平衡。即 G sin θ = F f
【教学基本要求】 教学基本要求】 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 【学习重点】 学习重点】
明渠恒定非均匀流的主要内容
明渠水流的三种流态 断面比能与临界水深 临界底坡、 临界底坡、缓坡与陡坡 临界水深的一些实例 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析 水跃及水跌现象
明渠恒定均匀流
当明渠中水流的运动要素不随时间 而变时， 称为明渠恒定流。 明渠恒定流 而变时 ， 称为明渠恒定流 。 如果流线是一簇平行直线， 水深、 中 ， 如果流线是一簇平行直线 ， 水深 、 水 力 学 断面平均流速及流速分布均沿程不变， 断面平均流速及流速分布均沿程不变 ， 称为明渠恒定均匀流； 否则， 称为明渠恒定均匀流 ； 否则 ， 称为明渠 非均匀流。 非均匀流。
水 力 三.明渠均匀流的计算公式 学 流量公式 Q = AC R i = K i 讲 1 义 C = 1 R6 K = AC R = AR 2 / 3 n = Q
n
4．渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰 渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。
i
明渠恒定均匀流
为流量模数 ， 单位为 （ m3/s ） ， 它 K 为流量模数， 单位为（ /s） 综合反映明渠断面形状、 综合反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对 过水能力的影响。 过水能力的影响。 明渠均匀流的水力计算问题 水 第三节 力 一.水力最佳断面 学

明渠 课件(水力学)教学教材
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财Biblioteka ❖ 丰富你的人生71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

m (2 1 m2 m)h
最优水力半径
Rm
h 2
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梯形断面的边坡系数 m
梯形断面是最常见的一种人工渠道，一般不加衬砌， 边坡的稳岩定土种性类及边坡系边数坡系m数选m(择水下由部土分)壤力边坡学系性数(质水上决部定分)。
未风化的岩石
1～0.25
0
风化的岩石
0.25～0.5
0.25
Ff < Gs
Ff = Gs
匀速运动
加速运动
充分长直的棱柱体正坡(i > 0)明渠
产生均匀流的条件： ❖水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。 ❖渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，糙率系数沿程 不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。
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明渠均匀流的形成条件 ①恒定流Q =const; ②棱柱体渠道; ③正坡i＞0; ④棱柱体明渠足够长； ⑤糙率n沿程不变； ⑥没有建筑物的干扰。
（一）明渠的底坡
i dZo (z02 z01) sin
ds
ds
底坡线：沿渠道中心线所作的铅直面和 渠底的交线称为底坡线（渠底线、河底线）。
水面线：沿渠道中心线所作的铅直面与水面 的交线则称为水面线。
底坡：渠底高程沿水流方向单位距离的 降落值称为底坡，以i表示。
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水面线 底坡线
介绍几个综合糙率公式。
假定：总阻力=各部分阻力之和。 0 11 22
1）巴普洛夫斯基公式:(nmax/nmin＞2.0)
n
1n12 2n22 1 2
2）别洛康·爱因斯坦公式：
① nmax/nmin＞2.0，
n
( 1n13/ 2
n3/ 2 22
)3/ 2

明渠：人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明 渠。 明渠流动：水流的部分周界与大气接触，具有自由表 面的流动，又称为无压流。 明渠流1，明渠流2
特点： 1、有自由表面，各断面表压强都是大气压，重力对流动起 主要作用。 2、明渠底坡的改变对流速和水深有直接影响。坡度增大， 则流速增大 ，水深减小
7.1 明渠的分类
所示，亦就是说，明渠均匀流的水力坡度J 、测
压管线坡度Jp 及渠底坡度i彼此相等，即
J =Jp=i
（7-3）
在图7 - 4 所示均匀流动中取出断面1-1 和 断面2-2 之间的水体进行分析，作用在水体 上的力有重力G 、阻力F 、两断面上的动 水压力P1和P2，写流动方向的平衡方程：
P1+G sinθ-F- P2 =0 (3)明渠均匀流动中阻碍水流运动的摩擦阻力
h
b (h)h
2(
1 m2 m)
（7-10）
由式(7 - 10) 可知，水力最优梯形断面的宽深比βh仅是边坡 因数m 的函数。将上式依次代入A、χ关系式中，可得
R A (b mh)h b 2h 1 m2
由（7-10）式 2 1 m2 b / h 2m
Rh 2
（7-11）
上式说明水力最优梯形断面的水力半径等于水深的一半，且与边坡因数无 关。 对于矩形断面，以m=0代入式(7 - 10) 得βh=2 即b =2h ，说明水力最优矩 形断面的底宽为水深的两倍。
从式(7 - 6) 可以看出，当i，n 及A 给定后，要使渠道的通 过能力Q最大，则必须是水力半径R 最大，或湿周χ最小。 在面积相同的各种几何图形中，圆形具有最小的周界，故 管道的断面形式通常是圆形，对于明渠则为半圆形。但半 圆形断面施工困难，在天然土壤中开挖渠道，一般采用梯 形断面形式。

h1.0m 由表中查得的流速需乘以系数k
h1.0m k1.25 h2.0m k1.4
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， χ1；n2，χ2；n3，χ3，则整个断面的综合粗糙 系数按下面计算
nma/xnmin 1.5
n i ni i
（1）渠道中的正常水深h0;
（2）该渠道是否满足不冲不淤条件。
A b h 0 m h 0 2 (b m h 0)h 0 b2h0 1m2
Qi12 bm0hh053
n
b2h0
23
1m2
（1）正常水深h0的计算 a.试算法
K Q 400 i
h0 1.38(m)
nma/xnmin1.5

n
ini3/ 2 i
2

3
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。
1 2
1 2
II
2
2
I
1
1
n
Q (K j ) i
j 1
3 III
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。
KACR

上式解得：h = (q2Τg)1Τ3 ，将其代入式（6-17），
Ho的最小值为
Ho.min
=
1 2
(q2)1Τ3
g
+
(q2)1Τ3
g
=
3 2
(q2)1Τ3
g
6.3 缓流、急流和临界水深
单位宽度流量q一定时，最小比能值Ho.min对应
的水深为临界水深（critical depth），用hcr表示，则
6.4.1 水跃
水跃的高度可用动量定理求出。 取一包含水
跃的矩形控制体，如图
（6-13）虚线框所示。 单位宽度的流量为
q，对单位宽度的控制
体列出动量方程，则
ρq v2 − v1
=
1 2
ρg(
h12
−
h22)
（6-
对2该5）控制体列连续性方程q x = v1h1 = v2h2，则v1 =
qΤh1，v2 = qΤh2，将该值代入式（6-23），则得
6.1 明渠
明渠流是指流体在地心引力作用下形成的重力
流动。其特点是渠槽具有自由表面，自由面上各点均受相
同的大气压力作用，相对压力为零。因此，又称明渠流为 明渠流的流动状态，也有层流或紊流，定常流或
无压流。 非定常流，均匀流和非均匀流之分。
明渠的流动状态也用雷诺数判断，即
Re
=
ρvm μ
=
vm ν
6.1 明渠
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定常均匀流时，在流动方向上，水深和速度都
一定时，明渠流水面与渠底面的倾角θ相等。明渠流水面压
力水头线与加上速度水头v2Τ2g的总水头线是平行的，因此
，当θ很小的时si候nθ，=通ta常nθ以=水i力坡度i表示，即