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明渠恒定均匀流
天然河道和输水渠、排水沟、无压涵洞等人工渠道以及不满流管道中的水流称为明渠水流。它们都具有自由表面,表面上各点压强一般都等于大气压强,相对压强为零。所以明渠水流又称为无压流动。与有压管流是不同的。
明渠水流的运动要素不随时间变化的称为明渠恒定流;沿流线不变化的称为明渠均匀流,反之则称为明渠非恒定流和非均匀流。
明渠水流在渠道中流动,受到渠道横断面和渠道底坡的制约。渠道横断面的形状、尺寸沿程不变的称为棱柱形渠道,棱柱形渠道中水流的过水断面的大小只随水深变化。横断面的形状或尺寸沿程有改变的则称为非棱柱形渠道。渠道底部高程沿水流方向的变化用底坡表示。如图3-4-6( )所示:
1、明渠均匀流的形成条件和水力特征
形成明渠均匀流的条件:长而直的棱柱形渠道;底坡i>0,且保持不变;渠道的粗糙情况沿程没有变化;渠中水流为恒定流,且沿程流量不变。只有满足以下全部条件,才会形成明渠均匀流。
明渠均匀流流线为平行直线,过水断面的形状、尺寸、水深、流量、断面平均流速、断面上的流速分布沿程均不变。所以水面线与渠底平行,总水头线与水面线平行(水面线即测压管水头线),水力坡度与测压管坡度与底坡均相等。
所以明渠均匀流是在特定条件下,作用在液流上的重力和阻力相平衡的产物。它的计算特别简单,因此虽然实际工程中常遇到明渠非均匀流,但在长直的顺坡人工沟渠中,取最大流量来校核渠道的通过能力,或按最大流量来设计断面时,按均匀流计算可以很方便地得到足够准确的结果。
2、明渠均匀流的水力计算
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