第 五 章 明渠恒定均匀流.doc

第15讲（2课时）第五章 明渠恒定均匀流明渠水流：当液体通过渠槽而流动时，形成与大气相接触的自由表面为无压流分为恒定流与非恒定流，分为均匀流与非均匀流取一段明渠均匀流，则：，表明均匀流中阻力与重力分力相平衡非均匀流中不平衡★5-1 明渠的类型及其对水流运动的影响一、 明渠的横断面梯形、矩形、圆形等断面边坡系数：,即水平长度与垂直长度的比值m与土的种类或护面情况而定梯形断面的水力要素：水面宽度；过水面积；宽深比；湿周；水力半径；平均水深矩形断面m=0，是梯形断面的特例棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道非棱柱体渠道：断面形状、尺寸或底坡改变的渠道二、明渠的底坡底坡：明渠渠底纵向倾斜程度用i表示，顺坡：i>0; 平坡：i=0；逆坡：i<0只有在顺坡渠道中，重力才可能与阻力相平衡，才能形成均匀流★5-2 明渠均匀流的特性及其产生条件一、 明渠均匀流的特性由于明渠均匀流的流线是相互平行的直线，从而有下列特性：1．过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变；2.过水断面的流速分布、断面平均流速沿程不变，动能修正系数及流速水头也沿程不变；3.总水头线、水面线及底坡线相互平行，即注意：水深的量取应垂直于底坡。

当底坡较小时，水深可用铅垂方向的值代替；渠道长度也可用水平方向的投影长度代替二、明渠均匀流产生的条件1．恒定流；2.流量沿程不变；3.长而直的棱柱体顺坡明渠；4.渠道中无局部干扰一般来说大多数渠道中的水流都是非均匀流 ★5-3 明渠均匀流的计算公式连续方程：；谢才公式：，则：式中，为流量模数，反映明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响正确选择粗糙系数是使用均匀流公式的关键 ★5-4 水力最佳断面及允许流速一、 水力最佳断面水力最佳断面：流量一定时面积最小，或面积一定时流量最大根据均匀流公式：，水力最佳断面对应于湿周最小或水力半径最大的断面半圆形是水力最佳断面梯形断面：A=常数；=最小值即：；消去db/dh后，得：，仅与边坡系数m有关从而：---即梯形水力最佳断面的水力半径是水深的一半矩形断面m=0,则：，即：，矩形或梯形水力最佳断面实际上是半圆的外切多边形断面注意：水力最佳断面不是最经济的断面二、允许流速1．渠道中流速应小于不冲允许流速；2. 渠道中流速应大于不淤允许流速 ★5-5 明渠均匀流的水力计算梯形渠道，，六个变量，其中m,n由渠道护面材料决定，不需计算。

其它四个变量，只要已知其中任三个即可求另外一个１． 已知b,m,h,n,及i，求Q------直接计算２． 已知b,m,h,n,及Q，求i------直接计算３． 已知b,m,Q,n,及i，求h------试算或图解（Q是h的增函数） 由值，从附图II查h/b,得h４． 已知h,m,Q,n,及i，求b------试算或图解（Q是b的增函数） 由值，从附图II查h/b,得b５． 已知Q,m,V,n,及i, 求b和h------列一元二次方程计算（一是A的方程，一是R的方程）。