明渠恒定均匀流和非均匀流概述.docx

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1、明渠恒定均匀流和非均匀流概述1.1 明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把 明渠分为以下类型。（1）棱柱形渠道和非棱柱形渠道但凡断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否那么为非棱柱形渠道。前 者的过水断面面积A仅随水深力变化，即A=*/z）；后者的过水断面面积不仅随水深变化，而 且还随着各断面的沿程位置而变化。（2）顺坡（正坡）、平坡和逆坡（负坡）渠道明渠渠底线（即渠底与纵剖面的交线）上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡，用i 表示。图47如图4-l（a）, 1-1和2-2两断面间，渠底线长度为As,该两断面间渠底高程差为 渠底线与

2、水平线的夹角为仇那么底坡i为AvAva .=sins(4-1)当渠底坡较小时，例如8V6。时,可近似认为那么式（4-1）变为I =x =tan。（4-2）Av AZ所以，在上述情况下，过水断面可以看作铅垂平面，水深可沿铅垂线方向量取。明渠底坡可能有三种情况（如图4-2）o渠底高程沿流程下降的，称为顺坡（或正坡），规 定z0；渠底高程沿流程保持水平的，称为平坡，i=0；渠底高程沿流程上升的，称为逆坡（或 负坡），规定明渠的横断面可以有各种各样的形状。天然河道的横断面，通常为不规那么断面。人工渠 道的横断面，可以根据要求，采用梯形、圆形、矩形等各种规那么断面。图4-2i-0(b)1.2 明渠均匀流

3、的特征和形成条件1.2.1 明渠均匀流的特征明渠均匀流有以下特性：(1)过水断面的形状和尺寸、流速分布、水深，沿流程都不变；(2)总水头线、测压管水头线(在明渠水流中，就是水面线)和渠底线三者为相互平行的 直线(图4-la),因而它们的坡度相等，即J=JP=i(4-3)122明渠均匀流的形成条件对明渠恒定均匀流，图4-1 (b),取1.1、2-2断面之间的水体作为研究对象，分析这块 水体上的受力，并沿流向写动力平衡方程为P1-P2+GS-O式中Pi和P2为1-1和2-2过水断面的动水压力，G为As流段水体重量，7为边壁(包括 岸壁和渠底)阻力。对棱柱形明渠均匀流，Pl=P2,所以Gsin0=T(4-4)可见，水体重力沿流向的分力Gsin。与水流所受边壁阻力7平衡，是明渠均匀流的力学 特性。如果是非棱柱形明渠，或者是棱柱形明渠而底坡为负坡。0)或平坡。=0),那么式(4-4) 的动力平衡关系不可能存在。因此，明渠恒定均匀流只能发生在正坡的棱柱体明渠中。根据上述明渠恒定均匀流的各种特性，可见只有同时具备下述条件，才能形成明渠恒定 均匀流：(1)明渠中水流必须是恒定的，流量沿程不变；(2)明渠必须是棱柱形渠道；(3)明渠的糙率必须保持沿程不变；(4)明渠的底坡必须是顺坡，同时应有相当长的而且其上没有闸、坝、桥梁、涵洞等局 部水工建筑物干扰的顺直段。