第八章明渠流动.ppt

*中国矿业大学(北京)地下工程系*第八章明渠流动第一节概述(掌握)第二节明渠均匀流(掌握)第三节无压圆管均匀流(掌握)第四节明渠流动状态第五节水跌和水跃第六节棱柱形渠道非均匀渐流水面曲线分析第七节明渠非均匀渐流水面曲线的计算**中国矿业大学(北京)地下工程系第一节概述明渠——是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。明渠流——水流的部分周界与大气接触,具有自由表面的流动称为明渠流。由于自由表面受大气作用,相对压强为零,所以又称为无压流。**中国矿业大学(北京)地下工程系第一节概述**中国矿业大学(北京)地下工程系第一节概述一、明渠流动的特点(1)有自由液面,表面压强为大气压,p0=0,无压流。(3)明渠底坡的改变对流速、水深有直接影响。有压管流管线坡度对流速和过流断面面积无影响。(4)明渠局部边界的变化,都会造成水深在很长流程上发生变化,存在均匀流和非均匀流。而有压管流中局部边界变化影响范围很短,仍按均匀流计算。重力作用、底坡影响、水深可变是明渠流有别于有压管流的特点。i1≠i2,则v1≠v2、h1≠h2(2)重力是流体流动的动力,为重力流;管流则是压力流**中国矿业大学(北京)地下工程系第一节概述二、底坡底线:明渠渠底与纵剖面交线。底坡(纵坡)i:底线沿流程单位长度降低值,即(8-1)θ—渠道底线与水平面的夹角一般土渠i≤,sinθ≈tanθ,为便于量测,用渠道水平投影长lx代替流程长l、铅直水深h代替过流断面水深,有(8-2)正底坡(顺坡):底线高程沿程降低(▽1>▽2),i>0(图8-6a);平底坡(平坡):底线高程沿程不变(▽1=▽2),i=0(图8-6b);反底坡(逆坡):底线高程沿程升高(▽1<▽2),i<0(图8-6c)。**中国矿业大学(北京)地下工程系第一节概述棱柱形渠道:断面形状和尺寸沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道。对于棱柱形渠道,过流断面面积只随水深改变,即非棱柱形渠道:断面形状和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。过流断面面积既随水深变化,又随位置变化,即三、棱柱形渠道和非棱柱形渠道**中国矿业大学(北京)地下工程系第二节明渠均匀流明渠均匀流是流线为平行直线的明渠水流,也就是具有自由表面的等深、等速流。在明渠中实现等深、等速流动是有条件的。明渠均匀流的条件是沿程减少的位能,等于沿程水头损失,而水流的动能不变。**中国矿业大学(北京)地下工程系第二节明渠均匀流一、明渠均匀流的形成条件及其特征(8-3)(1)形成条件明渠均匀流(图8-9)取断面1-1、2-2,有p1=p2=0、h1=h2=h0v1=v2=0、α1=α2、hw=hf△z=hfi=J明渠均匀流是水流沿程减少位能等于沿程水头损失,而水流动能保持不变。明渠均匀流发生条件:①明渠中水流是恒定的,流量沿程不变;②渠槽是长直的棱柱形顺坡渠道;③渠道表面粗糙系数沿程不变;④沿程没有建筑物的局部干扰。(2)水力特征明渠均匀流是等深流、等速流J=Jp=i平坡、逆坡、非棱柱形渠道、天然河道不能形成均匀流