水力学基础复习课课件

水力学基础复习课水力学基础复习课1液体的基本特征与连续介质的概念液体的基本特征与连续介质的概念连续介质的概念连续介质的概念：即假设液体是一种连续充满其即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。所占据空间毫无空隙的连续体。液体的基本特性是液体的基本特性是：易流动性、不易压缩、均匀等：易流动性、不易压缩、均匀等向的连续介质。向的连续介质。液体的基本特征与连续介质的概念连续介质的概念：即假设液体是2国际单位：国际单位：kg/mkg/m3 3一个标准大气压下，温度为一个标准大气压下，温度为44，水密度为，水密度为1000kg/m1000kg/m3 3 。密度：是指单位体积液体所含有的质量。密度：是指单位体积液体所含有的质量。国际单位：kg/m3一个标准大气压下，温度为4，水密度为13液体的容重：液体的容重：是指单位体积液体所具有的重量。是指单位体积液体所具有的重量。国际单位：国际单位：N Nm m3 3液体的容重：是指单位体积液体所具有的重量。国际单位：43.3.粘滞性粘滞性粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点之粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点之粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点之粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘滞力。滞力。滞力。滞力。粘滞性使得断面流速分布不均匀。粘滞性使得断面流速分布不均匀。粘滞性使得断面流速分布不均匀。粘滞性使得断面流速分布不均匀。粘滞性是产生水头损失的根本原因。粘滞性是产生水头损失的根本原因。粘滞性是产生水头损失的根本原因。粘滞性是产生水头损失的根本原因。3.粘滞性粘滞性及粘滞力：当液体处在运动状态时，若液体质点之5内摩擦力的计算公式内摩擦力的计算公式-牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律或或流速梯度：衡量流速不均匀大小，从而影流速梯度：衡量流速不均匀大小，从而影响内摩擦力大小响内摩擦力大小为动力粘滞系数为动力粘滞系数内摩擦力的计算公式-牛顿内摩擦定律或流速梯度：衡量流6牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律：作层流运动的液体，相互邻近层：作层流运动的液体，相互邻近层：作层流运动的液体，相互邻近层：作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯度成正比，同时与液体的性质无关。流速梯度成正比，同时与液体的性质无关。流速梯度成正比，同时与液体的性质无关。流速梯度成正比，同时与液体的性质无关。为运动粘滞系数，国际单位：为运动粘滞系数，国际单位：m m2 2/s/s牛顿内摩擦定律的适用条件：层流运牛顿内摩擦定律的适用条件：层流运动和牛顿液体。动和牛顿液体。内摩擦力在静止液体中不存在。内摩擦力在静止液体中不存在。牛顿内摩擦定律：作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积上所作7作用在液体上的力作用在液体上的力按特点分：表面力和质量力。按特点分：表面力和质量力。1.表面力表面力作用于液体的表面，其大小与受作用的表面面积作用于液体的表面，其大小与受作用的表面面积成比例的力，称为表面力。如摩擦力、水压力、成比例的力，称为表面力。如摩擦力、水压力、边界对液体的反作用力边界对液体的反作用力作用在液体上的力按特点分：表面力和质量力。1.表面力作用于液8应力：单位面积上所受的力。应力：单位面积上所受的力。压强：垂直指向作业面的应力。（本课程主要研究的压强：垂直指向作业面的应力。（本课程主要研究的是压强）是压强）切应力：平行作业面的应力。切应力：平行作业面的应力。应力：单位面积上所受的力。92.质量力质量力质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量成正比。如重力、惯性力。质量成正比。如重力、惯性力。单位质量液体所受到的质量力，称为单位质量力，单位质量液体所受到的质量力，称为单位质量力，用用 表示。表示。2.质量力质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量成正10等压面的概念等压面的概念由压强相等的点连成的面，称为等压面。等压面可以是平面，由压强相等的点连成的面，称为等压面。等压面可以是平面，也可以是曲面。也可以是曲面。注意注意：等压面概念使用时必须是同一水平面上相连的同种液体。：等压面概念使用时必须是同一水平面上相连的同种液体。举例举例：液体自由表面即为等压面，其压强为大气压。对于重力液体等压面有：同：液体自由表面即为等压面，其压强为大气压。对于重力液体等压面有：同种液体，统一高程（或水平面）压强相同，两点间压差看高差。种液体，统一高程（或水平面）压强相同，两点间压差看高差。连通容器连通容器连通容器连通容器连通器被隔断连通器被隔断前进等压面的概念由压强相等的点连成的面，称为等压面。等压面可以是11水头和单位势能的概念水头和单位势能的概念xzyp0AZZ位置水头，位置水头，压强水头，压强水头，测压管水头，测压管水头，静止液体内各点的测压管水头等于常数。静止液体内各点的测压管水头等于常数。单位位能单位位能单位压能单位压能单位势能单位势能静止液体内各点的单位势能相等。静止液体内各点的单位势能相等。三、静水力学的基本方程三、静水力学的基本方程水头和单位势能的概念xzyp0AZZ位置水头，压强水12p0=pa已知：已知：p p0 0=98kN/m=98kN/m2 2，h=1mh=1m，求：该点的静水压强求：该点的静水压强h解：解：ppap0=pa已知：p0=98kN/m2，h解：ppa13四、压强的计示、单位及测量四、压强的计示、单位及测量压强的计示压强的计示 绝对压强绝对压强相对压强相对压强若将当地大气压强用若将当地大气压强用pa表示，则有表示，则有指绝对压强小于大气压强的数值，指绝对压强小于大气压强的数值，用用pk来表示来表示举例举例以设想没有大气存在的绝对真空状态以设想没有大气存在的绝对真空状态 作为零点计量的压强，用作为零点计量的压强，用pp表示表示以当地大气压作为零点计量的压强，以当地大气压作为零点计量的压强，用用p p表示。表示。真空度（或真空压强）真空度（或真空压强）压强的单位压强的单位 应力单位：应力单位：工程大气压单位：工程大气压单位：液柱高度：液柱高度：1 1个工程大气压个工程大气压=98kN/m=98kN/m2 2=10m=10m水柱压水柱压=736mm=736mm水银柱压水银柱压 四、压强的计示、单位及测量压强的计示 绝对压强相对压强若将当14水力学基础复习课课件15例例1 1：如图已知，：如图已知，p p0 0=98kN/m=98kN/m2 2，h=1mh=1m，求：该点的绝对压强及相对压强求：该点的绝对压强及相对压强p0=pah解：解：例例2：如图已知，：如图已知，p p0 0=50kN/m=50kN/m2 2，h=1mh=1m，求：该点的绝对压强及相对压强求：该点的绝对压强及相对压强p0h解：解：pa相对压强为什么是负值？相对压强为什么是负值？什么位置处相对压强为零？什么位置处相对压强为零？例1：如图已知，p0=98kN/m2，h=1m，p0=pah16压强单位压强单位1）以以应应力力单单位位表表示示:压压强强用用单单位位面面积积上上受受力力的的大大小小，即即应应力力单单位位表表示示，为为：或或Pa，kPa，可可记记为为2）以工程中大气压表示以工程中大气压表示:1工程大气压工程大气压98kPa3）水水柱柱高高表表示示:由由于于水水的的容容重重为为常常量量，水水柱柱高高h 的数值反映了压强的大小。的数值反映了压强的大小。三者关系：三者关系：1工程大气压工程大气压98kPa =10m水柱水柱压强单位1）以应力单位表示:压强用单位面积上受力的大小，即应17压强的测量压强的测量利用静水力学原理设计的液体测压计利用静水力学原理设计的液体测压计1.测压管测压管AhpaBAhL2.U形水银测压计形水银测压计Amhb3.差压计差压计ABsh=ABsh油=压强的测量利用静水力学原理设计的液体测压计1.测压管Ah18作用于平面壁上的静水总压力作用于平面壁上的静水总压力静水压强分布图11、相对压强分布图绘制原则、相对压强分布图绘制原则（11）用有向线段（或箭头）长度代表该点静水压强的大小。）用有向线段（或箭头）长度代表该点静水压强的大小。（22）用箭头的方向表示静水压强的方向，必须垂直并指向受压）用箭头的方向表示静水压强的方向，必须垂直并指向受压面。面。22、相对压强分布图绘制方法、相对压强分布图绘制方法选择上下两点，计算压强大小，定性绘出两点的箭杆长度，连接选择上下两点，计算压强大小，定性绘出两点的箭杆长度，连接箭杆尾端，标注两点压强大小，图形中间以箭头填充。箭杆尾端，标注两点压强大小，图形中间以箭头填充。作用于平面壁上的静水总压力静水压强分布图1、相对压强分布图绘19ABC静水压强绘制示意图ABC静水压强绘制示意图20ABpaPa+gh画出下列画出下列AB或或ABC面上的静水压强分布图面上的静水压强分布图ABghBABCABABABpaPa+gh画出下列AB或ABC面上的静水压强分布图21一作用在矩形平面上的静水总压力(解析法)静水总压力的计算公式静水总压力的计算公式总压力作用点D总比作用面形心点C低一些。只有当受压面水平时，两点重合。一 作用在矩形平面上的静水总压力(解析法)静水总压力的计算公22一作用在矩形平面上的静水总压力(图解法)(一)、静水总压力的大小b：受压面宽度：:静水压强分布图的面积（1）当压强分布图为梯形时：（2）当压强分布图为三角形时：第2章 水静力学一 作用在矩形平面上的静水总压力(图解法)(一)、静水总压力23一作用在矩形平面上的静水总压力（图解法）（二）静水总压力的方向和作用点静水总压力的方向:垂直指向受压面。作用点：总压力P的作用点D必位于受压面纵向对称轴上，同时总压力P的作用线必然通过分布图的形心，则压力中心的位置于受压面边缘的距离e为：（1）当压强分布图为梯形的时：（2）当压强分布图为三角形时：第2章 水静力学一 作用在矩形平面上的静水总压力（图解法）（二）静水总压力的24如图所示，某挡水矩形闸门，门宽如图所示，某挡水矩形闸门，门宽b=2m，一，一侧水深侧水深h1=4m，另一侧水深，另一侧水深h2=2m，试用图，试用图解法求该闸门上所受到的静水总压力。解法求该闸门上所受到的静水总压力。h1h2解法一：解法一：首先分别求出两侧的水压力，然后求合力。首先分别求出两侧的水压力，然后求合力。h1/3h2/3方向向右方向向右e依力矩定理：依力矩定理：可解得：可解得：e=1.56m答答:该闸门上所受的静水总压力大小为该闸门上所受的静水总压力大小为117.6kN，方向向右，作用点距门底，方向向右，作用点距门底1.56m处。处。前进如图所示，某挡水矩形闸门，门宽b=2m，一侧水深h1=4m，25水力学基础复习课课件26水力学基础复习课课件27水力学基础复习课课件28描述液体运动的两种方法描述液体运动的两种方法1.1.拉格朗日法拉格朗日法 2.2.欧拉法欧拉法 水力学中普遍采用欧拉法描述液体运动。水力学中普遍采用欧拉法描述液体运动。描述液体运动的两种方法1.拉格朗日法 2.欧拉法 水力学中普29流线的基本特征：流线的基本特征：1、流线与迹线不同，流线是液体中不存在的假想的线，是、流线与迹线不同，流线是液体中不存在的假想的线，是用来反映流速场内瞬时流速方向的曲线。用来反映流速场内瞬时流速方向的曲线。2、流线就有瞬时性，代表了某时刻这条曲线上的各点的流、流线就有瞬时性，代表了某时刻这条曲线上的各点的流速方向。速方向。3、流线是一条光滑的曲线。流场中的两条流线不会相交。、流线是一条光滑的曲线。流场中的两条流线不会相交。4、对于不可压缩的液体，流线的疏密可以反映该时刻流场、对于不可压缩的液体，流线的疏密可以反映该时刻流场中各处流速大小的变化情况，流线密集的地方，流速大；流中各处流速大小的变化情况，流线密集的地方，流速大；流线稀疏的地方，流速小。线稀疏的地方，流速小。5、不同时刻，流场中的同一点所绘制的流线是不同的。但、不同时刻，流场中的同一点所绘制的流线是不同的。但是，对于恒定流，流线的形状和位置是不变的。是，对于恒定流，流线的形状和位置是不变的。流线的基本特征：1、流线与迹线不同，流线是液体中不存在的假想30水力学基础复习课课件31湿周湿周液体过水断面和固体边界接触的周界线长，称液体过水断面和固体边界接触的周界线长，称为湿周。用为湿周。用 表示，单位表示，单位cmcm或或m m。水力半径水力半径过水断面面积与湿周之比，用过水断面面积与湿周之比，用R R表示，单位表示，单位m m。过水断面越大，过水能力越强。过水断面越大，过水能力越强。湿周越长，过水能力越小。湿周越长，过水能力越小。水力半径越大，过水能力越强。水力半径越大，过水能力越强。湿周液体过水断面和固体边界接触的周界线长，称为湿周。用 32水流的分类水流的分类按按运动要素运动要素是否随时间变化是否随时间变化表征液体运动的物理量，如流速、加速度、动水压强等恒定流恒定流非恒定流非恒定流按运动要素随空间坐标的变化按运动要素随空间坐标的变化一元流一元流二元流二元流三元流三元流按流线是否为彼此按流线是否为彼此平行平行的的直线直线均匀流均匀流非均匀流非均匀流渐变流渐变流急变流急变流水流的分类按运动要素是否随时间变化表征液体运动的物理量，如流33均匀流、非均匀流均匀流、非均匀流恒定流、非恒定流的划分标准是时间，恒定流、非恒定流的划分标准是时间，空间内一点的空间内一点的运动要素是否随时间变化。运动要素是否随时间变化。但是均匀流、非均匀流的划分标准是空间。但是均匀流、非均匀流的划分标准是空间。水流是否随空间位置而变化，分成均匀流和非均匀流。水流是否随空间位置而变化，分成均匀流和非均匀流。位于同一流线上质点的流速的大小和方向均相同的液位于同一流线上质点的流速的大小和方向均相同的液流，称均匀流。流，称均匀流。位于同一流线上质点的流速的大小和方向任何一个不位于同一流线上质点的流速的大小和方向任何一个不相同的液流，称非均匀流。相同的液流，称非均匀流。均匀流、非均匀流恒定流、非恒定流的划分标准是时间，空间内一34均匀流的重要特性均匀流的重要特性均匀流是流线为彼此平行的直线，应具有以下特性：均匀流是流线为彼此平行的直线，应具有以下特性：1、过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变；、过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变；2、同一流线上不同的流速应相等，从而各过水断面上的流、同一流线上不同的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等；速分布相同，断面平均流速相等；3、均匀流（包括渐变流）过水断面上的动水压强分布规、均匀流（包括渐变流）过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，即在律与静水压强分布规律相同，即在同一过水断面上各点的同一过水断面上各点的测压管水头为一常数；测压管水头为一常数；推论推论：均匀流过水断面上动水总压力的计算方法与静水总均匀流过水断面上动水总压力的计算方法与静水总压力的计算方法相同。压力的计算方法相同。均匀流的重要特性均匀流是流线为彼此平行的直线，应具有以下特性35恒定总流的连续性方程式恒定总流的连续性方程式适用条件：适用条件：恒定、不可压缩的总流且没有支汇流。恒定、不可压缩的总流且没有支汇流。在恒定总流中，任意两个过水断面所通过的流量相在恒定总流中，任意两个过水断面所通过的流量相等。过水断面的平均流速与过水断面的面积成反比。等。过水断面的平均流速与过水断面的面积成反比。恒定总流的连续性方程式适用条件：恒定、不可压缩的总流且没有支36流量一定时，断面平均流速与断面面积成反流量一定时，断面平均流速与断面面积成反比。比。在过水断面积小处，流速大；过水断面面积在过水断面积小处，流速大；过水断面面积大处，大处，流速小。管道越粗，流速越小，管道细，流流速小。管道越粗，流速越小，管道细，流速越大速越大流量一定时，断面平均流速与断面面积成反比。37Q1Q2Q3Q1Q2Q3当有流量汇入或汇出时，连续方程：当有流量汇入或汇出时，连续方程：按流入量按流入量=流出量流出量Q1Q2Q3Q1Q2Q3当有流量汇入或汇出时，连续方程：按流38恒定总流的能量方程式恒定总流的能量方程式 水流的能量方程就是能量守恒规律在水流运动中的水流的能量方程就是能量守恒规律在水流运动中的具体表现。根据流动液体在一定条件下能量之间的相互转具体表现。根据流动液体在一定条件下能量之间的相互转换，建立水流各运动要素之间的关系。换，建立水流各运动要素之间的关系。返回2、恒定总流能量方程的适用条件、恒定总流能量方程的适用条件1、3、恒定总流能量方程使用时的注意问题、恒定总流能量方程使用时的注意问题恒定总流的能量方程式 水流的能量方程就是能量39实际液体恒定总流的能量方程式实际液体恒定总流的能量方程式单位重量液体从断面单位重量液体从断面1-11-1流至断面流至断面2-22-2所损失的能量，称为水头损失。所损失的能量，称为水头损失。0012返回实际液体恒定总流的能量方程式单位重量液体从断面1-1流至40水力学基础复习课课件41水力学基础复习课课件421、由于实际液体具有粘滞性，水头损失总是存在的，、由于实际液体具有粘滞性，水头损失总是存在的，所以总水头线总是一条向下的曲线。而对理想流体，所以总水头线总是一条向下的曲线。而对理想流体，总水头线是水平线，不存在能量损失。总水头线是水平线，不存在能量损失。2、由于压强水头可能出现负压，所以压强水头线可、由于压强水头可能出现负压，所以压强水头线可以位于位置水头线以下。以位于位置水头线以下。3、当管径不变，流量不变时，总水头与测压管水头、当管径不变，流量不变时，总水头与测压管水头差值为流速水头也不变，总水头线与测压管水头线平差值为流速水头也不变，总水头线与测压管水头线平行。行。4、当速度变化时，总水头线与测压管水头线肯定不、当速度变化时，总水头线与测压管水头线肯定不平行。平行。1、由于实际液体具有粘滞性，水头损失总是存在的，所以总水头线43应用能量方程式的条件：应用能量方程式的条件：（1）水流必需是恒定流；（2）作用于液体上的质量力只有重力；（3）在所选取的两个过水断面上，水流应符合渐变流的条件，但所取的两个断面之间，水流可以不是渐变流；应用能量方程式的条件：（1）水流必需是恒定流；44Q1Q2Q3112233（5）流程中途没有能量Ht输入或输出。若有，则能量方程式应为：Q1Q2Q3112233（5）流程中途没有能量Ht输入或输出45应用能量方程式的注意点：应用能量方程式的注意点：（1 1）选取基准面：）选取基准面：同一个方程只能选定一个基准面。（2 2）选取过水断面：）选取过水断面：所选断面上水流应符合渐变流的条件，但两个断面之间，水流可以不是渐变流。且选择的断面未知量少，方便计算。（3 3）选取计算代表点，计算测压管水头：）选取计算代表点，计算测压管水头：对于管流，选在管轴中心点处，对于明渠水流，选在自由表面。（4 4）选取压强基准面：）选取压强基准面：应用能量方程式的注意点：（1）选取基准面：（2）选取过水断面46（5 5）动能修正系数一般取值为）动能修正系数一般取值为1.01.0：不同过水断面的动能修正系数严格来讲是不相等的，且不等于1。当时使用上，对渐变流占大多数的情况，可令 。可以用相对压强，也可以用绝对压强，但是对同一方程必须采用同样的标准。一般选用相对压强。（5）动能修正系数一般取值为1.0：可以用相对压强，也可以用47 例例1.1.如图所示，一等直径的输如图所示，一等直径的输水管，管径为水管，管径为d=100mmd=100mm，水箱水位，水箱水位恒定，水箱水面至管道出口形心点恒定，水箱水面至管道出口形心点的高度为的高度为H=2mH=2m，若不考虑水流运动，若不考虑水流运动的水头损失，求管道中的输水流量。的水头损失，求管道中的输水流量。H分析：分析：Q=VAQ=VA；A=dA=d2 2/4/4所以需要用能量方程式求出所以需要用能量方程式求出V V；221100解：对解：对1-11-1、2-22-2断面列能量方程式：断面列能量方程式：其中：其中：所以有：所以有：可解得：可解得：则：则：答：该输水管中的输水流量为答：该输水管中的输水流量为0.049m0.049m3 3/s/s。例1.如图所示，一等直径的输水管，管径为d48如图所示管路系统，已知：d10.3m，d20.2m，d30.1m，v310 m/s，q1=50 l/s，q2=21.5 l/s，试求：（1）各管段的流量；（2）各管段的平均流速。如图所示管路系统，已知：d10.3m，d20.2m，d349先求各断面的面积先求各断面的面积（1 1）各段上的流量）各段上的流量先求各断面的面积（1）各段上的流量50（1 1）各段上的平均流速）各段上的平均流速（1）各段上的平均流速51明渠边界的几何条件是指明渠的明渠边界的几何条件是指明渠的横断面形状、尺寸、底坡等。横断面形状、尺寸、底坡等。明渠的几何特性明渠的几何特性1.1.明渠的明渠的横断面横断面天然河道的断面形状，通常是不规则的形状。天然河道的断面形状，通常是不规则的形状。人工渠道一般具有对称的几何形状，如梯形、矩形及圆形。人工渠道一般具有对称的几何形状，如梯形、矩形及圆形。当明渠修建在土质地基上时，多挖成梯形断面。当明渠修建在土质地基上时，多挖成梯形断面。当明渠为混凝土渠道或在岩石中开凿修建，则多采用矩形断面。当明渠为混凝土渠道或在岩石中开凿修建，则多采用矩形断面。明渠边界的几何条件是指明渠的横断面形状、尺寸、底坡等。明渠的521.1.明渠的明渠的横断面横断面垂直于渠道中心线作铅垂面与渠垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线称为底及渠壁的交线称为明渠的横断明渠的横断面面。主槽滩地梯形断面河道断面矩形断面反映断面的形状特征值称为反映断面的形状特征值称为断面水力要素断面水力要素。bh1mB底宽底宽水深边坡系数水面宽水面宽过水断面面积过水断面面积湿周湿周水力半径水力半径断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道，称为弯曲的渠道，称为棱柱体渠道棱柱体渠道。断面形状、尺寸或底坡沿程改变的渠道，称断面形状、尺寸或底坡沿程改变的渠道，称为为非棱柱体渠道非棱柱体渠道。棱柱体棱柱体非棱柱体2 23 311223311返回1.明渠的横断面垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线称532.2.明渠的底坡明渠的底坡明渠渠底纵向（沿水流方向）倾明渠渠底纵向（沿水流方向）倾斜的程度称为斜的程度称为底坡底坡。以。以i i表示。表示。底坡线水面线水面线底坡线底坡线i 0顺坡、正坡顺坡、正坡 i i等于渠底线与水平线夹角等于渠底线与水平线夹角的正的正弦，即弦，即i=sini=sin。i=0平坡平坡 i 0逆坡、负坡逆坡、负坡 顺坡（或正坡）明渠顺坡（或正坡）明渠按底坡分类：按底坡分类：平坡明渠平坡明渠 逆坡（或负坡）明渠逆坡（或负坡）明渠前进只有顺坡明渠才能产生均匀流。只有顺坡明渠才能产生均匀流。2.明渠的底坡明渠渠底纵向（沿水流方向）倾斜的程度称为底54明渠均匀流的特性明渠均匀流的特性Ff =Gs均速运均速运动Ff 0)明渠明渠加速运加速运动1.过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。2.过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流的动能修正系数及流速过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。水头也沿程不变。3.总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即4.水流重力在流水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即方向上的分力与摩阻力相平衡，即G Gs s=F Ff f。产生均匀流的条件：产生均匀流的条件：v水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。v渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，且底坡不变。渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，且底坡不变。v粗糙系数沿程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。粗糙系数沿程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。v水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。明渠均匀流的特性Ff =Gs均速运动Ff G55明渠均匀流的明渠均匀流的计算公式算公式返回v谢才系数谢才系数C是糙率是糙率n和水力半径和水力半径R的函数。的函数。n对对C的影响比水力半径的影响比水力半径R大。大。明渠均匀流的计算公式返回谢才系数C是糙率n和水力半径R的函数56水力最佳断面水力最佳断面渠道的输水能力取决于底坡渠道的输水能力取决于底坡i，糙率，糙率n，及过水断面的形状、尺寸。，及过水断面的形状、尺寸。i取决于地形条件或其他条件。取决于地形条件或其他条件。N取决于建筑材料及施工水平。取决于建筑材料及施工水平。当当n及及i已知时，已知时，Q取决于断面尺寸及形状。取决于断面尺寸及形状。前进水力最佳断面渠道的输水能力取决于底坡i，糙率n，及过水断面的57水力最佳断面水力最佳断面 从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状在从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状在通过已知流量时通过已知流量时面积最小面积最小，或者是，或者是过水面积一定时通过的流量最大过水面积一定时通过的流量最大。符合这种条件的断面，。符合这种条件的断面，其工程量最小，过水能力最强，称为其工程量最小，过水能力最强，称为水力最佳断面。水力最佳断面。所以水力最佳断面是所以水力最佳断面是湿周最小湿周最小的断面。的断面。工程中多采用梯形断面，在边坡系数工程中多采用梯形断面，在边坡系数m已定的情况下，同样的过水面已定的情况下，同样的过水面积积A，湿周的大小因底宽与水深的比值，湿周的大小因底宽与水深的比值b/h而异。而异。前进水力最佳断面 从经济的观点来说，总是希望所选定58允许流速允许流速返回 设计渠道时，断面的平均流速应结合渠道所担负的生产任务（灌设计渠道时，断面的平均流速应结合渠道所担负的生产任务（灌溉渠道、水电站引水渠道、航运渠道等）、渠道建筑材料的类型、水流溉渠道、水电站引水渠道、航运渠道等）、渠道建筑材料的类型、水流中含沙量的多少及其他运用管理上的要求而选定。中含沙量的多少及其他运用管理上的要求而选定。1.1.渠道中的流速应小于渠道中的流速应小于不冲允许流速不冲允许流速VV，以保证渠道免遭冲刷。由土，以保证渠道免遭冲刷。由土壤种类及护面情况而定。壤种类及护面情况而定。2.2.渠道中的流速应大于渠道中的流速应大于不淤流速不淤流速VV，以保证水流中悬浮的泥沙不淤积在以保证水流中悬浮的泥沙不淤积在渠槽中。与水流条件及挟沙特性等有关。渠槽中。与水流条件及挟沙特性等有关。3.3.对对航运渠道及水电站引水渠道，渠中流速还应满足某些技术经济条件航运渠道及水电站引水渠道，渠中流速还应满足某些技术经济条件及应用管理方面的要求。及应用管理方面的要求。允许流速返回 设计渠道时，断面的平均流速应结合59