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明渠水力学

2020-04-09 21:01

研究具有自由水面的水流运动规律及计算的学科,又称明槽水力学。河道、渠道、水工无压隧洞及非满流管道中的水流等都属于明渠水流。由于水面上仅作用着大气压强,所以又叫无压流动。渠道的设计、河道筑坝壅水长度及淹没损失的计算、洪水演进推算等,都必须运用明渠水力学的知识。

明渠水流流动中,重力作用占据主导地位。随着边界条件的不同,在一定的流量条件下,水面位置可以发生变化,因而引起过水断面大小及其流动形态的不同,这是区别于有压流动的一个重要特点。

明渠中的水流根据某空间点上运动要素是否随时间变化,而分成明渠恒定流与明渠非恒定流;根据其流速是否随流程变化,而分为明渠均匀流与明渠非均匀流,非均匀流又有渐变流与急变流之分。

明渠断面形状和尺寸沿程保持不变的长直渠身称为棱柱形渠,否则为非棱柱形渠。天然河道的断面不规则,主流弯曲多变,属于非棱柱形渠。明渠断面有各种形状,人工渠道的断面形状设计既要考虑水力学条件,又要结构合理,施工方便,一般是对称的矩形、梯形、圆形、马蹄形或U形等。天然河道常为主槽与滩地组成的复式断面。明渠的渠底高程沿程降低者,称正底坡(i>0)或顺坡;沿程不变者,称为平底坡(i=0);渠底沿程抬高者,称为反底坡(i<0)或逆坡。天然河道的底坡陡坦相间,参差不一,计算时采用一定河段上的平均底坡。

明渠水流受边界形状的影响而呈各种流动形式,但水流的运动规律仍主要是按液流的连续性、能量守恒和动量守恒基本原理来分析。

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