明渠恒定均勻流1

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1、5明渠恒定均勻流5明渠恒定均勻流明渠一種人工修建、或自然形成的渠槽，如人工渠道和天然河道。明渠流水流通過(guò)明渠時(shí)，形成與大氣相接觸的自由表面（液面上各點(diǎn)壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)）。這種水流稱(chēng)為明渠水流，或無(wú)壓流。明渠水流在水利工程中或是在自然界都是常見(jiàn)的，例如：水電站引水渠、灌溉渠、排水渠、運(yùn)河、無(wú)壓隧洞和下水道等人工渠道中的水流以及天然河道中的水流均為明渠水流。明渠水流也可分為恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流等。明渠恒定流明渠流中的水力要素（時(shí)均值）均不隨時(shí)間變化，稱(chēng)明渠恒定流，否則稱(chēng)明渠非恒定流。明渠均勻流明渠流中，流線是一簇平行直線，水深、斷面平均流速、流量、糙率等水力要素沿

2、程不變。5.1明渠的類(lèi)型及其對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響5.2明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件5.3明渠均勻流的計(jì)算公式5.4水力最佳斷面及允許流速5.5明渠均勻流的水力計(jì)算5.6粗糙度不同的明渠及復(fù)式斷面明渠的水力計(jì)算5明渠恒定均勻流5.1明渠的類(lèi)型及其對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響5.1.1明渠的橫斷面垂直于渠道中心線作鉛垂面與渠底及渠壁的交線稱(chēng)為明渠的橫斷面。人工明渠橫斷面天然河道橫斷面通常有矩形、梯形、圓形、馬蹄形斷面等。矩形斷面水面寬度過(guò)水面積濕周水力半徑常用于巖石中開(kāi)鑿、兩側(cè)用條石砌成的渠道混凝土渠木渠hbBhb1mα梯形斷面水面寬度B=b+2mh過(guò)水面積濕周水力半徑土質(zhì)地基上的渠道邊坡系數(shù)amcot=土壤種

3、類(lèi)邊坡系數(shù)m粉砂3.0~5.3細(xì)沙2.5~3.5砂壤土2.0~2.5粘砂壤土1.5~2.0粘土，密實(shí)黃土1.25~1.5卵石和砌石1.25~1.5半巖性的抗水的土壤0.5~1.25風(fēng)化的巖石0.25~0.5未風(fēng)化的巖石0~0.25表5.1梯形渠道邊坡系數(shù)mBhb1mαm的大小應(yīng)根據(jù)土的種類(lèi)或護(hù)面情況而定。材料的堅(jiān)硬程度越高，m越小。圓形斷面水面寬度過(guò)水面積濕周水力半徑用于無(wú)壓隧洞dhθ河道橫斷面天然河道的橫斷面形狀不規(guī)則，分主槽和灘地兩部分。枯水期：水流過(guò)主槽豐水期：水流過(guò)主槽和灘地灘地主槽河道橫斷面天然河道的橫斷面形狀不規(guī)則，一般是非棱柱體；若斷面變化不大，又較平順，可近似作為棱柱體渠道

4、。灘地主槽渠道分類(lèi)棱柱體渠道非棱柱體渠道棱柱體渠道斷面形狀尺寸底坡糙率渠道不彎曲如：人工開(kāi)鑿的大部分渠道沿程不變非棱柱體（紐面）棱柱體非棱柱體112233棱柱體非棱柱體渠道斷面形狀尺寸底坡糙率渠道彎曲如：天然河道人工渠道連接段（扭面）沿程變化非棱柱體（紐面）棱柱體非棱柱體112233棱柱體非棱柱體（紐面）棱柱體非棱柱體112233棱柱體3322115.1明渠的類(lèi)型及其對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響5.1.2明渠的底坡明渠渠底縱向（沿水流方向）傾斜的程度稱(chēng)為底坡。以i表示。i等于渠底線與水平線夾角θ的正弦：。θ：渠底與水平面夾角ds：兩斷面的間距dz：兩斷面的渠底高程差dzdsv水面線底坡線θiszidd

5、sin-==q明渠底坡三種類(lèi)型：正坡：i>0渠底高程沿流程降低，也稱(chēng)為順坡。平坡：i=0渠底高程沿程不變負(fù)坡：i<0渠底高程沿流程增加，也稱(chēng)為逆坡。i>0i=0i<0順坡、正坡平坡逆坡、負(fù)坡在平底渠道中i=0，流段重力在順流方向分力Gsinθ=0；在逆坡渠道中，流段重力的分力Gsinθ與摩阻力Ff的方向一致，因而都不可能滿(mǎn)足Gsinθ＝Ff的平衡條件，故在平底及逆坡渠段中，不可能產(chǎn)生均勻流動(dòng)，只有在順坡渠道中，才有可能產(chǎn)生均勻流。5.1明渠的類(lèi)型及其對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響5.2明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件5.3明渠均勻流的計(jì)算公式5.4水力最佳斷面及允許流速5.5明渠均勻流的水力計(jì)算5.6粗糙度不

6、同的明渠及復(fù)式斷面明渠的水力計(jì)算5明渠恒定均勻流Ff=Gs均速運(yùn)動(dòng)Ff0)明渠加速運(yùn)動(dòng)5.2明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件5.2.1明渠均勻流的特性1.過(guò)水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸及水深沿程不變?.過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植?、斷面平均流速沿程不變；因此，水流的?dòng)能修正系數(shù)及流速水頭也沿程不變。3.總水頭線、水面線及底坡線三者相互平行，即4.水流重力在流動(dòng)方向上的分力與摩阻力相平衡，即Gs=Ff。正常水深h05.2明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件5.2.2明渠均勻流產(chǎn)生的條件充分必要條件：力學(xué)條件渠壁摩擦阻力與水重力在流動(dòng)方向的分力始終平衡（大小相等，方向相反）。能量條件水

7、面下降值始終等于水頭損失。由水流向動(dòng)量方程:由均勻流條件：FP1＝FP2；v1＝v2v2v1FP2τ0GαABCDFP1Ff必要條件：恒定流流量沿程不變（無(wú)分叉和匯流情況）渠道為長(zhǎng)、直的棱柱體順坡渠道渠中無(wú)閘、壩、跌水等建筑物的局部干擾底坡、糙率沿程不變5.2明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件5.2.2明渠均勻流產(chǎn)生的條件實(shí)際渠中總有各種建筑物。因此，多數(shù)明渠流是非均勻流。嚴(yán)格說(shuō)，不存在明渠均勻流，均勻流是對(duì)明渠流動(dòng)的一種概化。