明渠均匀流的特征及其形成条件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第十相似性原理和因次分析,第二级的内容叙述如下：当液体内部的液层之间存在相对运动时，相邻液层间的内摩擦力F,第三级,第四级,第五级,*,第九章 明渠流动,重点内容,授课内容,思考题,作业,重点内容,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,水跃的特性和共轭水深计算,思考题,1、简述明渠均匀流的特性和形成条件，从能量观点分析明渠均匀流为什么只能发生在正坡长渠道中？,2、什么是正常水深？它的大小与哪些因素有关？当其它条件相同时，糙率,n,、底宽,b,或底坡,i,分别发生变化时，试分析正常水深将如何变化？,思考题,3、什么是水力最佳断面？矩形断面渠道水力最佳断面的底宽,b,和水深,h,是什么关系？,4、什么是允许流速？为什么在明渠均匀流水力计算中要进行允许流速的校核？,作业,P244-8.12、8.13,P245-8.18,第一节 概述,在河、渠等水道中流动，具有自由表面的水流。,明渠的分类,棱柱形渠道,非棱柱形渠道,铅垂断面为过水断面，,铅垂深度h为过水断面的水深。,明渠的底坡,明渠渠底与纵剖面的交线称为渠底线，渠底线的坡度称为,底坡（,i,）,。,底,坡,坡,类,类,型,型,第,二,二,节,节,明,明,渠,渠,均,均,匀,匀,流,流,的,的,特,特,征,征,及,及,其,其,形,形,成,成,条,条,件,件,明,渠,渠,过,过,流,流,断,断,面,面,的,的,几,几,何,何,要,要,素,素,梯,形,形,明,明,渠,渠,边,边,坡,坡,系,系,数,数,水,力,力,最,最,优,优,断,断,面,面,当i、n和A 一,定,定，使,流,流量Q 最,大,大的断,面,面形状,，,，定义,为,为水力,最,最优断,面,面。,当i、n和Q一定,，,，使A,最,最小的,断,断面形,状,状，定,义,义为水,力,力最优,断,断面。,水力最,优,优断面,例题：,在密实,砂,砂壤土,层,层中开,挖,挖灌溉,渠,渠道，,断,断面为,梯,梯形。,边,边坡系,数,数m=1.5，,粗,粗糙系,数,数n=0.025,，,，根据,地,地面地,形,形，底,坡,坡采用,，,，i=0.0003,，,，设,计,计流量Q=9.68 m3/s,，,，选,定,定底宽b=7m,试确,定,定断面,的,的开挖,深,深度。,断面开,挖,挖深度,无压圆,管,管均匀,流,流,圆管过,水,水断面,的,的几何,要,要素,无压圆,管,管均匀,流,流的流,量,量和流,速,速随水,深,深的变,化,化,第四节,明,明渠,流,流动状,态,态,断面单,位,位能量,和,和 临,界,界水深,明,明渠的,底,底坡,6.1,概,概,述,述,明渠流,动,动：,是指在,河,河、渠,等,等水道,中,中流动,，,，具有,自,自由表,面,面的水,流,流。,自由表,面,面相对,压,压强为,零,零，又,称,称为无,压,压流。,明渠流,动,动：,（1）,恒,恒定流,与,与非恒,定,定流；,（,（2）,均,均匀流,与,与非均,匀,匀流,明渠渠,底,底与纵,剖,剖面的,交,交线称,为,为底线,，,，底线,的,的坡度,称,称为底坡（,i,）。,铅垂断,面,面为过,水,水断面,，,，,铅垂深,度,度h为,过,过水断,面,面的水,深,深。,底坡类,型,型：,明渠断,面,面的形,状,状可以,有,有多种,形,形式。,以,以梯形,最,最具有,代,代表性,。,。,其几何,要,要素可,分,分为基,本,本量和,导,导出量,。,。,基本量,：,：底宽b、水,深,深h、,边,边坡系,数,数m,边坡系,数,数m表示边,坡,坡倾斜,程,程度，,其,其值大,小,小取决,于,于渠壁,岩,岩土的,稳,稳定性,。,。,导出量,：,：水面,宽,宽B、,过,过水断,面,面面积A、湿,周,周、水,力,力半径,棱柱形,渠,渠道与,非,非棱柱,形,形渠道,断面形,状,状及尺,寸,寸沿程,不,不变的,长,长直渠,道,道，称,为,为,棱柱形,渠,渠道，否则,为,为非棱柱,形,形渠道。,棱柱形,渠,渠道过,水,水断面,面,面积A,仅,仅随水,深,深h而,变,变化。,明,明渠,均,均匀流,的,的水力,特,特征,（1）,明,明渠均,匀,匀流断,面,面平均,流,流速、,水,水深沿,程,程不变,；,；,（2）,明,明渠均,匀,匀流总,水,水头线,、,、测压,管,管水头,线,线（水,面,面线）,与,与渠道,底,底线互,相,相平行,；,；,6.2,明,明渠,均,均匀流,明,明渠,均,均匀流,的,的形成,条,条件,（1）,明,明渠流,量,量沿程,不,不变；,（2,）,）顺,坡,坡（,i,0,）,）、,且,且底,坡,坡沿,程,程不,变,变的,棱,棱柱,形,形渠,道,道；,（3,）,）壁,面,面粗,糙,糙系,数,数n,沿,沿程,不,不变;,（4,）,）渠,道,道上,没,没有,影,影响,水,水流,的,的建,筑,筑物,或,或障,碍,碍物,。,。,明,明,渠,渠均,匀,匀流,的,的水,力,力计,算,算,（1,）,）基,本,本公,式,式：谢,才,才公,式,式,K的,单,单位,同,同流,量,量，,称,称为,流,流量,模,模数,明渠,水,水流,一,一般,属,属于,紊,紊流,阻,阻力,平,平方,区,区，,采,采用,曼,曼宁,公,公式,或,或巴,普,普洛,夫,夫公,式,式计,算,算谢,才,才系,数,数。,（2,）,）正,常,常水,深,深h,0,：明,渠,渠均,匀,匀流,的,的水,深,深为,正,正常,水,水深,（3,）,）粗,糙,糙系,数,数n的选,定,定,（4,）,）明,渠,渠均,匀,匀流,水,水力,计,计算,问,问题,a、,验,验算,渠,渠道,的,的输,水,水能,力,力,b、,决,决定,渠,渠道,坡,坡度,c、,决,决定,渠,渠道,断,断面,尺,尺寸,当,i、n,及A,大,大小,一,一定,时,时，,使,使渠,道,道所,通,通过,的,的流,量,量最,大,大的,那,那种,断,断面,形,形状,称,称为,水,水力,最,最优,断,断面,。,。,当,i、n,及A,给,给定,时,时，,水,水力,半,半径R最,大,大、,即,即湿,周,周最,小,小的,断,断面,能,能通,过,过最,大,大的,流,流量,。,。,（6,）,）渠,道,道的,允,允许,流,流速,（7,）,）断,面,面周,界,界上,粗,粗糙,度,度不,同,同的,渠,渠道,（8,）,）复,式,式断,面,面渠,道,道,（5,）,）水,力,力最,优,优断,面,面与,实,实用,经,经济,断,断面,面积,给,给定,时,时，,边,边界,最,最小,的,的几,何,何图,形,形是,圆,圆形,，,，因,此,此管,路,路断,面,面形,状,状通,常,常为,圆,圆形,。,。,6.6,棱,棱柱,形,形渠,道,道中,渐,渐变,流,流水,面,面曲,线,线分,析,析,渐变,流,流水,面,面线,分,分析,的,的主,要,要任,务,务：,根据,渠,渠道,的,的水,深,深条,件,件、,来,来流,的,的流,量,量和,控,控制,断,断面,条,条件,来,来确,定,定水,面,面线,的,的沿,程,程变,化,化趋,势,势和,变,变化,范,范围,，,，定,性,性地,绘,绘制,水,水面,曲,曲线,。,。,棱,棱柱,形,形渠,道,道渐,变,变流,基,基本,微,微分,方,方程,取两,过,过水,断,断面,，,，列,能,能量,方,方程,：,：,顺坡,渠,渠道,（,（i0,）,）,平坡,渠,渠道,（,（i0,）,）,逆坡,渠,渠道,（,（i0,）,）,2种,水,水面,线,线,8种,水,水面,线,线,2种,水,水面,线,线,缓坡,渠,渠道,（,（ii,k,）,临界,坡,坡渠,道,道（i=i,k,）,2种,水,水面,线,线,3种,水,水面,线,线,3种,水,水面,线,线,在缓,坡,坡渠,道,道上,修,修建,溢,溢流,坝,坝，,抬,抬高,水,水位,使,使坝,前,前水,深,深超,过,过相,应,应流,量,量的,正,正常,水,水深,时,时，,坝,坝上,游,游将,出,出现a1,型,型壅,水,水曲,线,线。,在缓,坡,坡排,水,水渠,道,道末,端,端河,水,水位,低,低于,渠,渠尾,的,的正,常,常水,深,深时,，,，上,游,游将,出,出现b1,型,型降,水,水曲,线,线。,在缓,坡,坡渠,道,道上,闸,闸门,开,开启,时,时，,闸,闸后,收,收缩,断,断面,水,水深,小,小于,临,临界,水,水深,，,，形,成,成急,流,流，,阻,阻力,大,大于,重,重力,分,分力,，,，流,体,体减,速,速，,水,水深,增,增加,，,，即,形,形成c1,型,型壅,水,水曲,线,线。,在急坡渠,道,道上修建,溢,溢流坝，,坝,坝上游将,出,出现a2,型,型壅水曲,线,线。,水流从缓,坡,坡渠道流,入,入急流渠,道,道时，缓,坡,坡渠道上,将,将形成b1型降水,曲,曲线，而,急,急坡渠道,上,上上将形,成,成b2型,降,降水曲线,，,，而在变,坡,坡处通过,临,临界水深,，,，形成跌,水,水。,在急坡渠,道,道上闸门,开,开启时，,闸,闸后收缩,断,断面水深,小,小于临界,水,水深，形,成,成急流，,阻,阻力大于,重,重力分力,，,，流体减,速,速，水深,增,增加，即,形,形成c2,型,型壅水曲,线,线。,在 渠道上闸门上游将形成a3型壅水曲线。,在 渠道上闸门下游将形成c3型壅水曲线。,平坡渠道,末,末端跌坎,上,上游将形,成,成b0型,降,降水曲线,。,。,在平坡渠,道,道上闸门,部,部分开启,时,时，闸门,下,下游将形,成,成c0型,壅,壅水曲线,。,。,逆坡长渠,道,道末端为,跌,跌坎，若,闸,闸门后收,缩,缩断面水,深,深小于临,界,界水深，,则,则闸门下,游,游为b,型,型降水曲,线,线。跌坎上游,将,将形成c,型壅水,曲,曲线。,9,、静夜,四,四无邻,，,，荒居,旧,旧业贫,。,。1月-231月-23,Thursday,January5,2023,10,、雨,中,中黄,叶,叶树,，,，灯,下,下白,头,头人,。,。20:53:1520:53:1520:53,1/5/20238:53:15PM,11,、以我独,沈,沈久，愧,君,君相见频,。,。1月-2320:53:1520:53,Jan-2305-Jan-23,12,、故人江海,别,别，几度隔,山,山川。20:53:1520:53:1520:53,Thursday,January 5,2023,13,、,乍,乍,见,见,翻,翻,疑,疑,梦,梦,，,，,相,相,悲,悲,各,各,问,问,年,年,。,。,。,。1,月,月-231,月,月-2320:53:1520:53:15,January5,2023,14,、他乡生白,发,发，旧国见,青,青山。05 一月20238:53:15 下午20:53:151月-23,15,、比不了,得,得就不比,，,，得不到,的,的就不要,。,。一月 238:53,下,下午1月-2320:53,January5,2023,16,、,行,行,动,动,出,出,成,成,果,果,，,，,工,工,作,作,出,出,财,财,富,富,。,。,。,。2023/1/520:53:1520:53:15,05January2023,17,、做,前,前，,能,能够,环,环视,四,四周,；,；做,时,时，,你,你只,能,能或,者,者最,好,好沿,着,着以,脚,脚为,起,起点,的,的射,线,线向,前,前。,。,。8:53:15,下,下午8:53,下,下,午,午20:53:151月-23,9,、没有,失,失败，,只,只有暂,时,时停止,成,成功！,。,。1月-231月-23,Thursday,January5,2023,10,、很多,事,事情努,力,力了未,必,必有结,果,果，但,是,是不努,力,力却什,么,么改变,也,也没有,。,。20:53:1620:53:1620:53,1/5/20238:53:16 PM,11,、成功就是,日,日复一日那,一,一点点小小,努,努力的积累,。,。1月-2320:53:1620:53,Ja