流体力学流 体 力 学 基 础流体力学第七章 明渠均匀流
§ 7.1 概述
§ 7.2 明渠均匀流的水力特性和基本公式
§ 7.3 梯形断面明渠均匀流的水力计算流体力学
§ 7.1 概述明渠水流是一种具有自由液面的水流,水流的表面压强为大气压强,即相对压强为零,明渠水流也称为无压流 。
明渠的横断面
与渠道中心线相垂直的铅垂面与渠底及渠壁的交线，
构成明渠的横断面
横断面与过流断面的区别流体力学
以梯形断面为例,各水力要素的关系过流断面面积
1 ( 2 ) ( )
2A h b m h b b m h h
湿周 221b h m
水力半径
2
()
21
A b m h hR
b h m?

水面宽度 2B b mh
流体力学
棱柱形明渠
非棱柱形明渠流体力学
渠道的底坡
12 s inodzzzi
L d s?

顺坡 平坡 逆坡流体力学
渠道的允许流速最大允许流速、最小允许流速
m in m a xV V V
流体力学
§ 7.2 明渠均匀流的水力特性和基本公式
明渠均匀流的水力特征及其形成条件
明渠均匀流是流速沿程不变，流线为一系列相互平行的直线，明渠的水深和断面的流速分布均沿流不变的流动
明渠均匀流的特性
PJ J i
分析明渠均匀流流段的受力
12s in 0P G P T
sinGT
流体力学形成明渠均匀流的条件：
恒定流
顺坡,底坡沿程不变,棱柱形渠道
糙率沿程不变
渠道充分长,渠道中没有建筑物的局部干扰流体力学
明渠均匀流的基本公式
谢才公式
V C R i? Q C A R i K i
K称为流量模数曼宁公式
1 61CR
n?
2 1
3 21Q R J A
n
流体力学流体力学
00V C R i? 0 0 0 0Q C A R i K i
正常水深 h0，与其相应的水力要素可写为 A0,χ0,R0,C0
和 K0
流体力学
§ 7.3 梯形断面明渠均匀流的水力计算
梯形断面明渠均匀流的三类基本问题明渠水力计算
0 0 0 0 0h A R C Q
计算正常水深
Q C A R i?
计算流量试算图解法流体力学试算图解法：
使用 Excel软件计算
正常水深试算,xls
三类基本问题：
1 验证渠道的输水能力
2 确定渠道底坡
3 设计渠道断面尺寸