第五章 明渠VIP免费

WHU李大美教授博士生导师李大美教授博士生导师武汉大学武汉大学HYDRAULICHYDRAULICSS第第77章明渠恒定流动章明渠恒定流动SteadyOpenChannelFlowSteadyOpenChannelFlowWHUChapter7目录7-1概述7-2明渠恒定均匀流7-3明渠恒定渐变流7-4明渠恒定急变流7-5明渠恒定渐变流水面曲线的定性分析7-6明渠恒定渐变流水面曲线的计算WHU7-1概述有压管流：①具有封闭的湿周；②压力是流动的主要动力。明渠流：①具有自由水面（即水面压强为大气压）；②重力是流动的主要动力；③明渠水面线即测压管水头线WHU1、明渠分类1）明渠形体①棱柱体渠(Prismaticchannel)：A=A(h),多为人工渠道；②非棱柱体渠（Non-prismaticchannel):A=A(h,s)WHU2)明渠断面形式WHU3)明渠的几何参数①一般明渠：过水断面面积A：垂直于流向的横断面(Sectionarea)水面宽(Widthofwatersurface)B水深(Depth)h：底坡(Bottomslope)i：明渠纵断面上渠底线的坡度因θ很小，通常可取szszzi12sinlzztgi12sinWHU②梯形断面明渠是最常见的人工渠道。其基本几何参数为水深h、底宽b和边坡系数m。边坡系数，由土壤的力学性质决定。过水断面面积水面宽湿周水力半径。当m=0，为矩形断面。tgctgmhmhbA)(mhbB2212mhb/ARWHU4）明渠按底坡分类①正坡（Fallingslope）i＞0，底坡高程沿程下降，z1＞z2②平坡（Horizontalslope)i=0，底坡高程沿程不变z1=z2③反坡（Adverseslope)i＜0，底坡高程沿程抬高，z1＜z2WHU7-2明渠恒定均匀流SteadyUniformChannelFlow均匀流是一种匀速直线运动，均匀流质点的运动参数沿程不变。明渠均匀流是一种最简单的明渠流。但其理论是渠道设计的依据，也是进行非均匀流分析计算的基础。WHU1、明渠均匀流的特征及形成条件1）明渠均匀流的特征：V=const;h=h0(Normaldepth);u=u(h)等参数沿程不变。流线为平行直线，过水断面为平面。①i=Jp=J②Gsinθ=FD0)(sWHU2)均匀流的形成条件①恒定流Q=const;②棱柱体渠道;③正坡i＞0;④足够长⑤n沿程不变⑥v不能太大（不掺气v＜7～8m/s）WHU2.明渠均匀流的基本公式明渠水流一般属于紊流粗糙区（阻力平方区），hf∝v2其基本公式有三个：①连续方程②谢才(Chezy)公式③曼宁(Manning)公式2211AvAvQJRCiRCv6/11RnCWHU3.水力最优断面和允许流速1）水力最优断面：给定渠道断面形状、尺寸、断面面积A、n、i，能通过的Q=Qmax。（或通过给定流量，A=Amin)。以梯形断面为例：当A=const,欲使Q=Qmax,必须FD=Fmin,即χ=χminWHU水力最优梯形断面最优宽深比最优断面面积最优湿周最优水力半径)1(22mmhbm22)12(hmmAmhmmm)12(22hRmWHU梯形断面的边坡系数m梯形断面是最常见的一种人工渠道，一般不加衬砌，边坡的稳定性及边坡系数m选择由土壤力学性质决定。岩土种类边坡系数m(水下部分)边坡系数(水上部分)未风化的岩石风化的岩石半岩性耐水土壤卵石和砂砾粘土、硬或半硬粘壤土松软粘壤土、砂壤细砂粉砂1～0.250.25～0.50.5～11.25～1.51～1.51.25～21.5～2.53～3.500.250.510.5～11～1.522.5WHU水力最优断面存在的问题当给定了边坡系数m，水力最优断面的宽深比b/h是唯一的。水力最优断面往往为“窄深形”，达不到经济的目的。)1(22mmhbmm0(矩)0.51.01.52.02.52.01.2360.8280.6060.4720.385mWHU2）实用经济断面①指导思想：认为水力最优断面不是唯一的一个，而是有一个范围，可从中选择一个既便于施工、应用，又很经济的断面，同时也基本符合最优断面的要求。WHU②实用经济断面存在可能性给定A=const，绘出，由图可见χ存在极小值。而χ在的极小值附近变化十分缓慢，即当χ有微小变化：，水深h却有较大的变化范围，因而可从中选择一个合适的宽深比。定义实用经济断面：)(122hfmhmhhAmAA)04.1~98.0(mhh)6.1~6.0(WHU3）渠道的允许流速①不冲不淤流速要求：v″＜v＜v′不冲流速:由土壤的种类、粒径、密实度等决定（见表7-2-3）；不淤流速：由水流挟沙量决定。②最小流速要求：南方清水渠道：v>0.5m/s北方结冰渠道：v>0.6m/s③技术经济要求：根据渠道所担负的任务...