第7章 明渠均匀流.ppt

第7章 明渠均匀流
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教学基本要求
1、了解明渠水流的分类和特征、棱柱体渠道的概念；
掌握明渠底坡概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。
2、了解明渠均匀流的特点和形成条件，
掌握明渠均匀流公道中没有建筑物的局部干扰 。
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3. 思考题
思考题1：明渠均匀流可能发生在：
A、平坡棱柱形渠道； B 、顺坡棱柱形渠道；
C、逆坡棱柱形渠道； D、都有可能；
A、平坡棱柱形渠道； B 、顺坡棱柱形渠道；
思考题2：非棱柱体渠道中，流线也会是平行直线，故水流也可能
形成均匀流。
A、正确； B 、错误；
A、正确； B 、错误；
思考题3：各种渠道中：①平底坡渠道；②正底坡、长直渠道；③正底坡、棱柱形，长直渠道；④正底坡、非棱柱形渠道；⑤逆坡底渠道；能否产生均匀流？为什么？
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（三）明渠均匀流的计算公式
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明渠均匀流的计算公式
流量模数K：底坡等于1时的流量
①连续方程
②谢才公式
③曼宁公式
粗糙系数n：反映了河、渠壁面对水流阻力的大小
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各种人工管渠的n值
管渠类别
n
管渠类别
n
石棉水泥管、钢管

砖砌渠道

木槽
-
浆砌块石渠道

陶土管、铸铁管

干砌块石渠道
-
混凝土管、钢筋混凝土管、水泥沙浆抹面渠道
-
土明渠（包括带草皮）
-
对人工管渠
糙率选取过大：设计阻力偏大，设计流速则偏小断面尺寸偏大，增加土方开挖量，造成浪费；且由于由于实际流速大于设计流速，可能引起渠道冲刷。
糙率选取过小：则达不到设计过水能力，且因实际流速小于设计流速，造成渠道淤积
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天然河道粗糙系数n
河床泥沙、砾石等颗粒细小而光滑则n小
河道 断面的不规则、河身的弯曲、滩地上植物种类及数量、河床被水流冲刷程度等因素均影响粗糙系数；
粗糙系数沿流程改变，随水位改变；
n值的求取:工程实际中根据河道实测水温资料，由流量或流速、断面积求取谢才系数，然后按曼宁公式求取
查表：情况良好，n=-；
情况不好，n=-;
杂草丛生，-）
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（四）水力最佳断面及允许流速
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1. 水力最佳断面
水力最优断面：指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过最大流量时的断面形式。
2）水力最优断面的明渠均匀流，通过已知流量时面积最小。工程量最小，过水能力最强。
当i、n、A = 给定 ： Q → Qmax R →Rmax 或  →min
1）水力最优断面的明渠均匀流，当i，n，A给定时，水力半径R 最大，即湿周χ最小的断面能通过最大的流量。
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思考题
1、哪个断面的过水能力大？
A
B
2、坡度、边壁材料均相同的渠道，当过水断面的面积相等时，明渠均匀流过水断面的平均流速在哪种渠道中最大：
A、梯形渠道； B、 半圆形渠道；
C、矩形渠道； D、三角形渠道。
B
面积相同的图形中周界最小的断面为圆形。因此明渠水力最优断面形状是半圆形。但土渠难挖成半圆形且两岸边坡不稳定。从地质和施工条件考虑，工程中采用接近圆形的梯形断面。
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i、n、A及m ＝ Const
1. 水力最佳断面
梯形断面的水力最优断面
梯形断面
b
h
1
α
m
B
梯形水力最佳断面条件
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消去 ，则
式中，β为梯形最佳断面的宽深比
对于矩形断面，
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水力最佳断面不一定是渠道的实用经济断面。
设计渠道断面时，要从经济和技术方面来考虑，既要考虑水力的最佳断面，但又不能完全受此条件约束。
水力最佳断面与实用经济断面
最优宽深比
最优断面面积
最优湿周
最优水力半径
梯形断面
b
h