明渠恒定流(均勻流與非均勻流)-資料下載頁(yè)
2025-06-24 23:21本頁(yè)面
【正文】 減少引沙，從而可以減少引水渠系的泥沙淤積。【思 考 題】6—1 簡(jiǎn)述明渠均勻流的特性和形成條件，從能量觀點(diǎn)分析明渠均勻流為什么只能發(fā)生在正坡長(zhǎng)渠道中？6—2 什么是正常水深？它的大小與哪些因素有關(guān)？當(dāng)其它條件相同時(shí)，糙率n、底寬b或底坡i分別發(fā)生變化時(shí)，試分析正常水深將如何變化？6—3 什么是水力最佳斷面？矩形斷面渠道水力最佳斷面的底寬b和水深h是什么關(guān)系？6—4 什么是允許流速？為什么在明渠均勻流水力計(jì)算中要進(jìn)行允許流速的校核？6—5 從明渠均勻流公式導(dǎo)出糙率的表達(dá)式，并說(shuō)明如何測(cè)定渠道的糙率。6—6 明渠水流的三種流態(tài)有什么特征？如何進(jìn)行判別？6—7 什么是斷面比能Es？它與單位重量液體的總機(jī)械能E有什么區(qū)別？在明渠均勻流中，斷面比能Es和單位重量液體的總機(jī)械能E沿流程是怎樣變化的。6—8 敘述明渠水流佛汝德數(shù)Fr的表達(dá)式和物理意義。6—9 什么是臨界水深？它與哪些因素有關(guān)？6—10 (1)在緩坡渠道上，下列哪些流動(dòng)可能發(fā)生，哪些流動(dòng)不可能發(fā)生？ 均勻緩流； 均勻急流； 非均勻緩流； 非均勻急流。 (2)在陡坡渠道上，下列哪些流動(dòng)可能發(fā)生，哪些流動(dòng)不可能發(fā)生？ 均勻緩流； 均勻急流； 非均勻緩流； 非均勻急流。6—11 敘述緩流與急流、漸變流與急變流的概念有何區(qū)別。6—12 試敘述水躍的特征和產(chǎn)生的條件。6—13 如何計(jì)算矩形斷面明渠水躍的共軛水深？在其它條件相同的情況下，當(dāng)躍前水深發(fā)生變化時(shí)，躍后水深如何變化？ 6—14 在分析棱柱體渠道非均勻流水面曲線(xiàn)時(shí)，怎樣分區(qū)？怎樣確定控制水深？怎樣判斷水面線(xiàn)變化趨勢(shì)？6—15 棱柱體渠道非均勻流水面曲線(xiàn)的分析和銜接的基本規(guī)律是什么？6—16 敘述彎道水流的運(yùn)動(dòng)特性和它的危害和有利的方面。【解 題 指 導(dǎo)】思6—2提示: 當(dāng)其它條件相同時(shí)，糙率n的增加，或底寬b減少，或底坡i的減小，都將分別導(dǎo)致正常水深h0的增加。思6—5提示: 從均勻流公式可以導(dǎo)得糙率n的表達(dá)式為在被測(cè)的渠道中找一段做均勻流運(yùn)動(dòng)的流段，確定上式右邊各項(xiàng)值，即可計(jì)算糙率n值。思6—7提示： 斷面比能Es與單位重量液體的總機(jī)械能E的基準(zhǔn)不同。對(duì)不同過(guò)流斷面，E的基準(zhǔn)面是同一個(gè)，而Es是不同的基準(zhǔn)面。所以E沿流程總是減少的，因?yàn)榇嬖谒^損失；而Es沿流程可能減少，也可能增加或不變。明渠均勻流中Es沿流程不變。思6—10解答： 緩坡渠道上可以發(fā)生均勻緩流，非均勻緩流和非均勻急流能發(fā)生，但是均勻急流不能發(fā)生。陡坡渠道上只有均勻緩流不能發(fā)生，其余都可以發(fā)生。例題6—1 某梯形斷面的中壤土渠道，已知渠道中通過(guò)的流量Q =5 m3/s ，邊坡系數(shù)為m = ，底坡i = ，糙率n=，試按水力最佳斷面設(shè)計(jì)梯形斷面的尺寸。解： 用斷面寬深比β 表示梯形斷面過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA和水力半徑R為 A =（b+mh）h =（β+m）h2 （1） R = （2）將上兩式代入明渠均勻流公式，可以得到 Q = = （3）從上式中可以導(dǎo)出 h = （4）梯形水力最佳斷面的寬深比為 （5） 將梯形水力最佳斷面的寬深比代入（4）式中，可以得到梯形斷面的水深為 hm = = m 梯形斷面的底寬為 bm =βm hm = = m例題6—2 有一矩形斷面混凝土渡槽(n=)，底寬b＝，槽長(zhǎng)L＝。進(jìn)口處槽底高程▽=，當(dāng)通過(guò)設(shè)計(jì)流量Q＝，槽中均勻流水深h0=，試求出口槽底高程▽2？解：該題實(shí)際是要求渠道的底坡i，然后根據(jù)混凝土渡槽的長(zhǎng)度和進(jìn)口槽底高程計(jì)算出口槽底高程。矩形斷面混凝土渡槽的過(guò)水?dāng)嗝娣e和水力半徑為 A = bh0 = = m2 R =A/χ= 247。 ( + 2 ) = m謝才系數(shù)為 C = 根據(jù)明渠均勻流公式Q = ACR1/2i1/2i = 矩形斷面混凝土渡槽l兩端的高差為 Δh =Li = = m矩形斷面混凝土渡槽出口槽底的高程為 ▽2 = – = m思6—13提示：在其它條件相同的情況下，躍前水深越小(即Fr1越大)，則躍后水深越大；反之，躍前水深越大，則躍后水深越小。例題6—3 某矩形斷面渠道在水平底板上設(shè)置平板閘門(mén)，矩形斷面渠道的寬度為b= m。當(dāng)閘門(mén)局部開(kāi)啟時(shí)，通過(guò)的流量Q = m3/s，出閘水深為h1 = m，如果要求在出閘水深h1 = m處發(fā)生水躍，試計(jì)算閘下游渠道內(nèi)的水深h2。解：渠道中的單寬流量為 q = = m3/sm取動(dòng)能修正系數(shù)α= ，臨界水深為 hk = m∵ h1 ＜ hk ，∴閘下水流是急流。躍前水深h1 = m，躍后水深為 h2 = m。例題6—4 定性繪出圖示棱柱形明渠內(nèi)的水面曲線(xiàn)，并注明曲線(xiàn)名稱(chēng)及流態(tài)。(各渠段均充分長(zhǎng)，各段糙率相同) 解：上述兩圖的水面線(xiàn)如下圖所示。首先將正常水深線(xiàn)和臨界水深線(xiàn)標(biāo)注上，然后N1 nN1 nN3 nN3 nN2 nN nN2 nN n確定水深已知的控制斷面，根據(jù)水面線(xiàn)分析的規(guī)律繪制相應(yīng)的水面線(xiàn)。一、明渠均勻流水力計(jì)算的基本公式 連續(xù)性方程（47）： 謝才公式（629)及式（91），明渠均勻流的基本公式為： （92） (93) 式中： R——水力半徑（m），R=A/P； P——過(guò)水?dāng)嗝鏉裰埽沁^(guò)水?dāng)嗝婀腆w壁面與液體接觸部分的周長(zhǎng)（m）； J ——水力坡度； C——謝才系數(shù)（m1/2/s）。 ——明渠均勻流的流量模數(shù)， ——相應(yīng)于明渠均勻流正常水深時(shí)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。 選擇：流量模數(shù)K0的量綱為： 你的回答： 2. 謝才系數(shù)的計(jì)算 （1）曼寧公式： （631）（2）巴甫洛夫斯基公式： （632） 式中： 19
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