无压流动基础–明渠均匀流

明渠是一种具有自由表面水流的渠道。根据它的形成可分为天然明渠和人工明渠。前者指天然河道;后者如人工渠道(输水渠、排水渠等)、运河及未充满水流的管道等。明渠水流与有压管流不同,它具有自由表面,表面上各点受大气压强作用,其相对压强为零,故又称为无压流动或重力流动。

根据流体运动学基本理论,明渠水流依其运动要素是否随时间变化可分为恒定流动与非恒定流动。明渠恒定流动里又根据流线是否为平行直线分可为均匀流 底动与非均匀流动两类。明渠水流由于自由表面不受约束,一旦受到降水、河渠建筑物等因素的影响,往往形成非均匀流动。但是,在实用上,如在铁道、公路 为给排水与建筑设备、水利工程等的沟渠或管道中,其排水或输水能力的计算,又常按明渠均匀流处理。此外,明渠均勾流理论对于进一步研究明渠非均匀流及地下水运动,也具有重要意义。成都风管保温

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,故明渠般分为以下类型:

(1)棱柱形渠道与非棱柱形渠道凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道,称为棱柱形渠道,否则为非棱柱形渠道。前者的过水断面面积 A仅依水深而变化,即A=f(h);后者的过水断面面积不仅随着水深变化,而且还随着各断面的沿程位置而变化,也就是说,过水断面A=f(h,)(,指流程)。断面规则的长直人工渠及涵洞是典型的棱柱形渠道。在实际计算时,对于断面形状及尺寸沿程变化较小的河段,可按棱柱形渠道来处理。而连接两条在断面形状和尺寸不同的渠道的过渡段,是典型的非棱柱形渠道。

渠道的断面形状有梯形、矩形、圆形(半圆)、批物线形及复式断面等多种,

(2)顺坡、平坡和逆坡渠道明渠底一般是个斜面,在纵剖面g上,渠底便成一条斜直线,这一斜线就是渠道底线的坡度便是渠道底坡i,它是单位流程上渠底高程降低值。管道保温

一般规定:渠底沿程降低的底坡为130称为顺坡;栗底水平时,1-0.称为平坡;渠底沿程升高时,i<0,称为逆坡,如图1-11所示。渠道底坡i是指渠底的高差△:与相应渠长】的比值,故有a

式中,0指渠底与水平线间的夹角,通常土渠的底坡很小(i≤0.01),即0角很小,渠道底线沿水

流方向的长度l,在实用上可认为和 1.2.2它的水平投影长度l、相等。即i= sin0~- 02 = tan0 流速公

中的l可直接量测,它表示渠底的水平长度。在渠道底坡微小的情况下,水流的过水断面同在水流中所取的垂直断面,在实用上可以认为没有差异。因此,过水断面可取垂直的,水流深度可沿垂线来量取。

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