水力學(xué)課件第6章

第六章明渠恒定流與堰流具有自由表面水流的渠道稱為明渠。1§6-1

渠道及明渠流的分類一.明渠的分類：1.明渠的橫斷面：①.天然河道斷面形狀：多為“V”形、“U”形或復(fù)式斷面。②.人工渠道斷面形狀：有梯形、矩形、圓形及復(fù)式斷面。2底寬b、水深h、邊坡系數(shù)m=cot

。③.梯形斷面的水力要素：32.棱柱形渠道與非棱柱形渠道：非棱柱形渠道的特征：A=f(h,s)棱柱形渠道的特征：A=f(h)3.順坡、平坡和逆坡渠道：渠道底坡：斷面形狀和尺寸沿程不變的長(zhǎng)直渠道稱為棱柱形渠道。4順坡渠道i>o；平坡渠道i=0；逆坡渠道i<0。對(duì)于土渠，一般底坡都很小，亦很小，有：二.明渠水流的分類：明渠水流亦分為恒定流與非恒定流；在恒定流中也有均勻流與非均勻流之分；在恒定非均勻流中也存在著漸變流與急變流。5§6-2明渠均勻流一.明渠均勻流的特征及其發(fā)生條件：1.明渠均勻流的特征：③.水力坡度J、水面坡度Jp和渠道底坡i彼此相等。即：J=Jp=i。①.等速流動(dòng)（斷面平均流速沿程不變，斷面流速分布沿程不變）。②.等深流動(dòng)（水深h沿程不變）。62.明渠均勻流的發(fā)生條件：

明渠均勻流只能發(fā)生在i、n和Q都不變的長(zhǎng)直的棱柱形順坡渠道中，且渠道上沒(méi)有修建任何水工建筑物。實(shí)際工程中，可將長(zhǎng)直的渠道、運(yùn)河及沒(méi)有障礙的天然順直河段中的流動(dòng)近似看成明渠均勻流。7二.明渠均勻流的基本公式：正常水深(h0)：發(fā)生明渠均勻流時(shí)，渠中的水深稱為正常水深。明渠均勻流的基本公式，即謝才公式：C：謝才系數(shù)；R：水力半徑；J：水力坡度。事實(shí)上謝才公式與達(dá)西公式一致。8謝才系數(shù)C一般由曼寧公式或巴甫洛夫斯基公式確定。92.巴甫洛夫斯基公式（經(jīng)驗(yàn)公式）：上式中：n為粗糙系數(shù)，它取決于渠道邊壁的粗糙情況，一般由實(shí)驗(yàn)確定，可參見表6-1取值。1.曼寧公式（經(jīng)驗(yàn)公式）：10三.渠道的允許流速：渠道的斷面平均流速應(yīng)滿足下述條件：由于謝才系數(shù)C在曼寧公式或巴甫洛夫斯基公式中都與雷諾數(shù)Re無(wú)關(guān),故曼寧公式或巴甫洛夫斯基公式都是僅適用于紊流粗糙區(qū)的。而工程中的明渠流動(dòng)一般都在紊流粗糙區(qū)，所以謝才公式被廣泛采用。11§6-3梯形斷面渠道均勻流的水力計(jì)算一.水力最優(yōu)斷面：當(dāng)i、n、A大小一定時(shí),能使流量Q最大的斷面形狀稱為水力最優(yōu)斷面。

基本公式：故：顯然：當(dāng)i、n、A大小一定時(shí),要使流量Q最大，則濕周

應(yīng)最小。12管道斷面通常為圓形，明渠斷面應(yīng)為半圓形？半圓形渠道只適用于鋼筋混凝土渠道，土渠一般采用梯形斷面。從理論上看，可取接近于半圓的半個(gè)圓內(nèi)接正六邊形。

這對(duì)于大多數(shù)土壤，會(huì)造成滑坡。實(shí)際情況應(yīng)根據(jù)土壤或護(hù)面材料的性質(zhì)確定m后，再來(lái)確定梯形斷面的水力最優(yōu)條件。13二.梯形斷面水力最優(yōu)條件：1.梯形斷面基本水力要素：水深h,底寬b,邊坡系數(shù)m。142.分析梯形斷面的水力最優(yōu)條件：153.矩形斷面的水力最優(yōu)條件：矩形可看成是m=0的梯形，這時(shí)：16三.梯形斷面的水力計(jì)算：對(duì)于梯形斷面的明渠均勻流，有：1.校核渠道的輸水能力：這類問(wèn)題，一般已知：m、b、h0、i、n，要求Q?？芍苯哟朊髑鶆蛄鞯幕竟角蠼狻?.決定渠道底坡：這類問(wèn)題，一般已知：m、b、h0、n及Q，要求i。亦可直接利用明渠均勻流的基本公式求解。173.設(shè)計(jì)渠道的斷面尺寸：這類問(wèn)題，一般已知：m、i、n及Q，要求b和h0。①.已知b，求h0：可用牛頓迭代法求解。18方程f(x)=0可用牛頓迭代法求解，迭代式為：②.已知h0，求b：方法同①，令x=b即可。19③.給定寬深比=b/h0，要求相應(yīng)的b和h0：

(1),(2)聯(lián)立求解可得出b和h0。