流体力学第九章－明渠恒定流
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第九章 明渠恒定流
本章主要介绍流体流动的基本方程在无压流中的应用。首先介绍了明渠均匀流的产生条件、水力特征、基本方程式及其水力计算问题。接着介绍了明渠非均匀流的流动状态——缓流、急流、临界流，明渠非均匀流的基本概念:断面单位能量、临界水深、临界底坡等，并在棱柱形渠道非均匀流基本公式的基础上对水面曲线作了定性的分析与定量的计算。本章最后介绍了水跃与水跌的基本概念。
概 述
明渠（cｈannel)：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。
明渠流(chａnnｅl ｆlow）：具有露在大气中的自由液面的槽内液体 流动称为明渠流（明槽流）或无压流（ｆreｅ ｆlow)。
一、明渠流动的特点（图9-1）
1.具有自由液面，p０＝0，为无压流(满管流为压力流）；
2．湿周是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长,不等于过水断面的周长； 3．重力是流体流动的动力,为重力流（管流则是压力流）;
4.渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大,则流速增大 ,水深减小； 5．边界突然变化时，影响范围大。
压力流
图９-１
无压流
明渠流与满管流最大的区别在于前者是无压流，而后者是有压流。
二、明渠流的分类
图9-2
三、明渠的分类
明渠断面形状（如图9－2)有:
梯形：常用的断面形状 矩形:用于小型灌溉渠道当中 抛物线形：较少使用
圆形:为水力最优断面，常用于城市的排水系统中 复合式(如图9-3):常用于丰、枯水量悬殊的渠道中
图９-3
１.按明渠的断面形状和尺寸是否变化分：
棱柱形渠道(prismatic cｈanneｌ) ：断面形状和尺寸沿程不变的长直明渠称为棱柱形渠道,h＝f(i)。
非棱柱形渠道（nｏn－prｉsmatｉｃ ｃhanneｌ） :断面形状和尺寸沿程不断变化的
明渠称为非棱柱形渠道,h=ｆ(i,s)
2.底坡
底坡ｉ——渠道底部沿程单位长度的降低值(图９－4）。
平坡（ｈoriｚontal bed) ：i＝0,明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 正坡（dowｎhｉll slｏpe) : ｉ＞0,明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 逆坡（ａdveｒｓe sloｐe): ｉ＜0,明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。
图９－4
判断:水力坡度J一定为正值。 你的回答：
错
对
四、明渠均匀流的发生条件(图9-５)
1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道; 2）渠道必须为顺坡（ｉ>０);
3)渠道中没有建筑物的局部干扰;
4)明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。
图９－5
五、明渠均匀流的水力特征
1)过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。通常将明渠均匀流的水深称为正常水深,以h0表示。
2）总水头线、测压管水头线（水面坡度)和渠底线互相平行,即：
（9-1)
流体力学第九章明渠恒定流
