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，...
