第62講第六章流體力學(xué)第六節(jié)明渠恒定均勻流一2014年新版

1、，通過無憂！問吧，有問必答！校：授課+名師答疑+?？?音頻、講義提供，勿上當(dāng)，咨詢：轉(zhuǎn) 2明渠恒定均勻流天然河道和輸水渠、排水溝、無壓涵洞等人工以及不滿流管道中的水流稱為明渠水流。它們都具有自由表面，表面上各點(diǎn)壓強(qiáng)一般都等于大氣壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)為零。所以明渠水流又稱為無壓。與有壓管流是不同的。明渠水流的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的稱為明渠恒定流；沿流線不變化的稱為明渠均勻流，反之則稱為明渠非恒定流和非均勻流。明渠水流在中，受到橫斷面和底坡的影響。橫斷面的形狀，沿程不變的稱為棱柱形，棱柱形中水流的過水?dāng)嗝娴拇笮≈浑S水深變化。橫斷面的形狀或沿程有改變的則稱為非棱柱形。底部高程沿水流方向的變化用底坡表示。如

2、圖 661(a)所示：(6-6-1)通常 很小，所以習(xí)慣上常采用兩斷面間的水平距離來代替 s，則：i=tg(662)如圖 6-6-1(a)i>0 稱為順坡；圖 6-6-1(b)i=0 稱為平坡；圖 6-6-1(c)i<0 稱為逆坡。由于 i 一般不大，與水流垂直的過水?dāng)嗝嬉话憔朴勉U垂斷面來代替。一、明渠均勻流的形成條件和水力特征明渠水流在一般情況下常以非均勻流出現(xiàn)，只有在特殊情況下，才會(huì)出現(xiàn)均勻流。以下是形成明渠均造價(jià)工程師|監(jiān)理工程師|咨詢工程師|會(huì)計(jì)證|師|安全工程師|會(huì)計(jì)|會(huì)計(jì)師| 英語|稅務(wù)師|從業(yè)|從業(yè)|期貨從業(yè)|師|報(bào)關(guān)員|外銷員|執(zhí)業(yè)藥師|衛(wèi)生|助理醫(yī)師|日語|計(jì)

3、算機(jī)|雅思|公共英語|自考英語|新概念|BEC|托福|人力師|高考|司法|第 1 頁，通過無憂！問吧，有問必答！校：授課+名師答疑+?？?音頻、講義提供，勿上當(dāng)，咨詢：轉(zhuǎn) 2勻流的條件：長(zhǎng)而直的棱柱形；底坡 i>0，且保持不變；的粗糙情況沿程沒有變化；渠中水流為恒定流，且沿程流量不變。只有滿足以上全部條件，才會(huì)形成明渠均勻流。明渠均勻流流線為平行直線，過水?dāng)嗝娴男螤睢⑺睢⒘髁?、斷面平均流速、斷面上的流速分布沿程均不變。所以水面線與渠底平行，總水頭線與水面線平行(水面線即測(cè)壓管水頭線)，水力坡度與測(cè)壓管坡度與底坡均相等。即J=Jp=i(663)水力坡度表示長(zhǎng)度上的損失，底坡 i 表示長(zhǎng)度

4、上液能的減少。所以明渠均勻流是在特定條件用在液流上的重力和阻力相平衡的產(chǎn)物。它的計(jì)算特別簡(jiǎn)單，因此雖然實(shí)際工程中常遇到明渠非均勻流，但在長(zhǎng)直的順坡人工溝渠中，取最大流量來校核的通過能力，或按最大流量來設(shè)計(jì)斷面時(shí)，按均勻流計(jì)算可以很方便地得到足夠正確的結(jié)果。二、明渠均勻流的水力計(jì)算明渠均勻流水力計(jì)算適用連續(xù)性方程和謝才公式：(6-3-2)V=C(6-4-22)但在明渠均勻流中，J=i 所以V=C(6-6-4)(6-6-5)式(6-6-4)和式(6-6-5)為明渠均勻流基本公式。明渠水流多屬紊流粗糙區(qū)，所以式中謝才系數(shù) C通常按曼寧公式或巴甫斯基公式來確定。見式(6-4-23)和式(6-4-24)

5、。例 6-6-1 梯形斷面，底寬 b=3m，邊坡系數(shù) m=20(見圖 6-6-2)，底坡 i=00006，粗糙系數(shù) n=0025，渠中水流作均勻流，水深為 2m，求通過的流量 Q。造價(jià)工程師|監(jiān)理工程師|咨詢工程師|會(huì)計(jì)證|師|安全工程師|會(huì)計(jì)|會(huì)計(jì)師| 英語|稅務(wù)師|從業(yè)|從業(yè)|期貨從業(yè)|師|報(bào)關(guān)員|外銷員|執(zhí)業(yè)藥師|衛(wèi)生|助理醫(yī)師|日語|計(jì)算機(jī)|雅思|公共英語|自考英語|新概念|BEC|托福|人力師|高考|司法|第 2 頁，通過無憂！問吧，有問必答！校：授課+名師答疑+?？?音頻、講義提供，勿上當(dāng)，咨詢：轉(zhuǎn) 2解 對(duì)于梯形斷面，過水?dāng)嗝婷娣e濕周水力半徑用式(665)=(6-6-6)=由式(

6、6-6-5)可知，橫斷面、底坡、粗糙系數(shù)一定時(shí)，渠中水流看作均勻流，其通過流量與水深為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。而非均勻流則不然，通過同一流量而渠中水深是變化的。明渠均勻流水深與底坡也有密切關(guān)系：當(dāng)流量和其他條件一定時(shí)，底坡愈陡均勻流水深愈小。因此在棱柱形順坡長(zhǎng)中，如果底坡有改變，則在改變前后的那段中將發(fā)生非均勻流。作均勻流的水深被稱為正常水深，；在研究非均勻流各個(gè)變化的水深時(shí)，正常水深將起參照的作用。根據(jù)式(6-6-5)，可以在其他條件已知情況下，求出流量、底坡、水深或底寬。只是求水深或底寬時(shí)，由于解方程的，通?？捎迷囁惴椒ɑ虿閳D來確定；例 6-6-2 是用試算方法的例子。查圖則可另行參考其他水力計(jì)算

7、手冊(cè)。三、水力最優(yōu)斷面造價(jià)工程師|監(jiān)理工程師|咨詢工程師|會(huì)計(jì)證|師|安全工程師|會(huì)計(jì)|會(huì)計(jì)師| 英語|稅務(wù)師|從業(yè)|從業(yè)|期貨從業(yè)|師|報(bào)關(guān)員|外銷員|執(zhí)業(yè)藥師|衛(wèi)生|助理醫(yī)師|日語|計(jì)算機(jī)|雅思|公共英語|自考英語|新概念|BEC|托福|人力師|高考|司法|第 3 頁，通過無憂！問吧，有問必答！校：授課+名師答疑+?？?音頻、講義提供，勿上當(dāng)，咨詢：轉(zhuǎn) 2根據(jù)式(6-6-6)有通常底坡 i 由地形條件確定，粗糙系數(shù) n 由表面材料性質(zhì)決定。于是在過水?dāng)嗝?A 一定時(shí)(斷面大小決定了工程量的大小，A 一定表示工程量一定)，要使流量 Q 最大，就必須使水力半徑 R 最大。水力半徑 R 為過水?dāng)?/p>

8、面面積 A 和濕周 的比值。A 既一定，就必須使?jié)裰?為最小，才能得到最大的流量。這種濕周最小的斷面，就稱為水力最優(yōu)斷面。如果流量一定，則采用水力最優(yōu)斷面可使過水?dāng)嗝婷娣e最小。當(dāng)采用矩形斷面時(shí)，若已知過水?dāng)嗝婷娣e為 A，則所以水力最優(yōu)斷面 bh=2此時(shí)，當(dāng)采用梯形斷面時(shí)，若已知過水?dāng)嗝婷娣e A，邊坡系數(shù) m，則由A=(b+mh)hb=此時(shí)造價(jià)工程師|監(jiān)理工程師|咨詢工程師|會(huì)計(jì)證|師|安全工程師|會(huì)計(jì)|會(huì)計(jì)師| 英語|稅務(wù)師|從業(yè)|從業(yè)|期貨從業(yè)|師|報(bào)關(guān)員|外銷員|執(zhí)業(yè)藥師|衛(wèi)生|助理醫(yī)師|日語|計(jì)算機(jī)|雅思|公共英語|自考英語|新概念|BEC|托福|人力師|高考|司法|第 4 頁，通過無憂

9、！問吧，有問必答！校：授課+名師答疑+?？?音頻、講義提供，勿上當(dāng)，咨詢：轉(zhuǎn) 2要說明的是，水力最優(yōu)斷面只是從水力條件來考慮。而實(shí)際工程中還需綜合考慮施工、運(yùn)轉(zhuǎn)、養(yǎng)護(hù)等因素選擇最合理的斷面。四、無壓圓管均勻流的水力計(jì)算無壓圓管指不滿流的圓管。在排水工程中被廣泛使用。對(duì)于長(zhǎng)直的圓管，i>0，粗糙系數(shù)保持沿程不變時(shí)，管中水流可以認(rèn)為是明渠均勻流。見圖 663。直徑為 d，水深為 h 的圓形管道，其過水?dāng)嗝婷娣e A、濕周 和水力半徑 R 計(jì)算公式如下：(6-6-7)無壓圓管均勻流水力計(jì)算的基本公式仍是或造價(jià)工程師|監(jiān)理工程師|咨詢工程師|會(huì)計(jì)證|師|安全工程師|會(huì)計(jì)會(huì)計(jì)師| 英語|稅務(wù)師|從業(yè)

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