第九章明渠水流和堰流 9-4~9-7

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水力学 (完整版)PPT

2020/4/5
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第一章绪论
1.3 作用在液体上的力
1.3.1 表面力定义
表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。
表面力按作用方向可分为：压力：垂直于作用面。切力：平行于作用面
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章绪论
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1
第一章绪论
第1章绪论第2章水静力学第3章液体运动学第4章水动力学基础第5章流动阻力和水头损失第6章量纲分析与相似原理第7章孔口、管嘴出流和有压管流第8章明渠均匀流第9章明渠非均匀流第10章堰流及闸孔出流第11章渗流
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2
第一章绪论
11
第一章绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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12
第一章绪论
19th century
Navier (1785-1836) & Stokes (1819-1905)
N-S equation
viscous flow solution
Reynolds (1842-1912) 发现紊流（Turbulence）提出雷诺数（ReynoldsNumber）
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第一章绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)

第九章明渠流动

9.2 明渠均匀流明渠均匀流是指流线为平行直线的明渠水流。 9.2.1 明渠均匀流特征及形成的条件设一明渠均匀流，列1-2 断面伯努利方程
2 2 p1 1v1 p2 2 v 2 h1 z h2 hl g 2 g g 2 g
式中
h1 h2 h0
9 明渠流动
天然河道、人工渠道统称为明渠。
明渠中流动的液体称为明渠水流。
当液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面，
表面各点压强均为大气压强，所以明渠水流为无压流。
明渠水流也可分为恒定流与非恒定流；均匀流非均匀流渐变流
急变流
9.1 明渠分类 9.1.1 棱柱形渠道和非棱柱形渠道棱柱形渠道（Prismatic Channel）：断面形状和尺寸沿程不变的长直明渠。过流断面面积 A 仅是水深 h 的函数，即 A=f(h)。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。过流断面面积 A 为水深 h 及流程 s 两个变量的函数，即 A=f(h，s)。
4.水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即Gsinθ=Ff 。
2、明渠均匀流的形成条件 1. 明渠均匀流只可能发生在顺坡的棱柱形渠道中,并且底坡i要在较长一段距离内保持不变。
（是重力流，依靠重力分力驱使水流运动，保证流动流向必须有恒定不变的作用力。平坡、逆坡中不可能产生均匀流。）
2. 必须是长而直的棱柱形渠道。
水力最优断面是一种窄深式渠道，只是水力条件最优。在实际工程中还必须依据造价、施工技术、管理要求和养护条件等来综合考虑和比较，选择最经济合理的断面形式。对于矩形断面，以m = 0 ，得b =2h ，说明矩形水力最优断面的底宽b为水深h的两倍。（2）渠道的设计流速v：

流体力学明渠流动PPT课件

的大为小将此堰划分，为三种将基本两类型。类问题从计算方法角度加以统一研究。
只要掌握这些方法，就能顺利进行明槽均匀流的
各项水力计算。
直接求解法
• 如果已知其它五个数值，要求流量Q，或要求糙率n，或要求底坡i，只要应用基本公式，进行简单的代数运算，就可直接求得解答。
例：有一预制的混凝土陡槽，断面为矩形，底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深 h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流速。
• 明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
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，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
v C RJ
对于明渠恒定均匀流，由于J=i，所以上式可写为
v C Ri
Q=Av=AC RiK i 式中K为流量模数
• 上式中谢才系数C可以用曼宁公式计算。将曼宁公式代入谢才公式中便可得到
v
1
2
R3
i
n
Q
A
1
2
R3
i
n
谢才系数C是反映断面形状尺寸和粗糙程度的
一个综合系数，它与水力半径R和粗糙系数n
采用试算法。
• 试算法作法如下：假设若干个h值，代入基本公式，计算相应的Q值；若所得的Q值与已知的相等，相应的h值即为所求。实际上，试算第一、二次常不能得结果。为了减少试算工作，可假设3至5个h 值，即h1，h2，h3…h5，求出相应的Q1，Q2， Q3…Q5，画成Q=f(h)曲线。然后从曲线上由已知的Q定出h。若要求的是b，则和求h的试算法一样。此时画的曲线是Q=f(b)。

流体力学(明渠水流、堰流与渗流)历年真题试卷汇编3

流体力学（明渠水流、堰流与渗流）历年真题试卷汇编3(总分：54.00，做题时间：90分钟)一、填空题(总题数：5，分数：10.00)1.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 解析：2.(河海大学2007年考研试题)H 2型水面曲线发生在__________坡上，其水流属于__________流，曲线的特征是__________。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：平缓降水曲线)解析：3.(河海大学2006年考研试题)已知矩形明渠的底宽b=6m，通过的流量Q=12m 3／s，渠中水深h=0．5m时，该明渠的临界水深h c =__________，水流为__________流。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：0．74m 急)解析：4.(河海大学2006年考研试题)有一宽顶堰式的水闸，当闸门开度为3m，闸上水头为4m时，水闸泄流属于__________流。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：堰)解析：5.(河海大学2006年考研试题)在水工建筑物下游，根据水跃发生的位置不同，可将水跃分为__________、__________、__________三种形式，底流式消能要求下游发生淹没度σ"=__________的__________水跃。

流体力学之明渠

C 1 R1/6 n
Q i [(b mh)h]5/3 n (b 2h 1 m 2 )2/3
1 [(b mh)h]5/3 K
n (b 2h 1 m2 )2/3
h8/3
1 2 h/b
1
m2
2/3
nK
1 m5/ 3
h/b
b8/3
1 2 h/b
1
m2
2/3
nK
1
5/3
m (h / b)8/3
3. 水面不受固体边界的约束。
弗劳德数Fr 的物理意义?
A
Q
A
过流断面 A-A
学习文档
EXIT
明渠流动的运动要素
断面形状和尺寸
底坡 i 渠壁糙率n
渠底高程 zb 沿程变化率 i=sin , 为渠底线与水平线夹角
水深h
流量Q
断面实际水深 h，
铅垂水深 h’=h/cos
在小底坡情况下，
可以认为 sin = tan ,
n
(d )2/3
2
r
hd
用曼宁公式
流速
令 dQ 0 d
302.40
h 0.9382
d
v C Ri i [ d (1 sin )]2 / 3
n4
输水性能最优充满度
令 dv 0 d
257.450
h 0.8128
d
学习文档
EXIT
四.明渠恒定均匀流水力计算的几个问题
了解）
水力最优充满度
设计充满度
如污水管的最大设计充满度、在最大设计充满度下的最小设计流速都是有规范可查的。
学习文档
EXIT
断面周界上糙率 n 不同的渠道水力计算

第九章明渠水流和堰流9-1~-9-3详解

2.947h8 3 9
8
h (
9
)3 1.520m
2.947
b 2.8h 2.81.52 4.256m
【例9.2】有一梯形渠道，在土层中开挖边坡系数m为1.5， n=0.025，底坡i=0.0005，流量Q=1.5m3/s。按水力最优条件设计渠道断面尺寸。解：梯形断面水力最优断面
b 2( 1 m2 m) 0.606 h
而
A (b mh)h
b 2h 1 m2
对水深h求导并令等于零：
dA dh
(b
mh)
h
db dh
m
0
d db 2 1 m2 0
dh dh
解得：
b h
m
2(
1 m2 m)
f (m)
(9.3)
上式表明：梯形水力最优断面的 b / h 值仅与边坡系数 m 有关。
因为
A (b mh)h
当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流。明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，称为明渠恒定均匀流。
明渠纵剖面与水面的交线称为水面线；与渠底的交线称为底坡线，明渠渠底纵向倾斜的程度称为底坡，以符号 i 表
示，i 等于渠底线与水平线夹角θ的正弦，即 i sin 。
数 n，求渠道底宽 b 和水深 h。
由 Q AC Ri可知，在已知的条件下，满足该式的 b 和 h有无数组，应根据工程的要求，如流速、宽深比的要求确定。
【例9.1】有一梯形断面土渠，边坡系数m=1.5，粗糙系数 n=0.025，渠道底坡i=0.0005，要求通过流量Q=9m3/s。试按 β=2.8设计渠道断面。
2、矩形断面的水力要素 m=0

明渠课件(水力学)教学教材

6.6.1 棱柱形渠道渐变流基本微分方程
取两过水断面，列能量方程：
(z h ) 2 v g 2(z d z h d) h(v2 g d)2 v dw h
dh ds
iJ
1gQA23B
iJ 1Fr
顺坡渠道（i>0） 8种水面线
缓坡渠道（i<ik）急坡渠道（i>ik）
3种水面线 3种水面线
临界坡渠道（i=ik） 2种水面线
m a cot
h
边坡系数m表示边坡倾斜程度，其值大小取决于渠壁岩土的稳定性。
导出量：水面宽B、过水断面面积A、湿周、水力半径
6.1.2 棱柱形渠道与非棱柱形渠道
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。
棱柱形渠道过水断面面积A仅随水深h而变化。
6.2 明渠均匀流
6.2.1 明渠均匀流的水力特征
Q AC Rif(m ,b ,h 0,n ,i)
b、决定渠道坡度
c、决定渠道断面尺寸
（5）水力最优断面与实用经济断面
Q AC Rif(m 当,b i、,h 0 n,及n ,iA)大小一定时，使渠道所通过的
流量最大的那种断面形状称为水力最优断面。
Q
AR23i12 n
当in、i nA及5233 A给定时，水力半径R最大、即湿周
平坡渠道（i>0）逆坡渠道（i>0）
2种水面线种水面线
i ik
在缓坡渠道上修建溢流坝，抬高水位使坝前水深超过相应流量的正常水深时，坝上游将出现a1型壅水曲线。在缓坡排水渠道末端河水位低于渠尾的正常水深时，上游将出现b1型降水曲线。在缓坡渠道上闸门开启时，闸后收缩断面水深小于临界水深，形成急流，阻力大于重力分力，流体减速，水深增加，即形成c1型壅水曲线。

第九章明渠水流和堰流9-1~-9-3

9.3.3
断面单位能量和临界水深
（1）比能、比能曲线如图所示一渐变流，以0-0为基准面，则过水断面上单位重力液体具有的总能量为
E z
v 2
2g
z0 h cos
v 2
2g
(9.7)
如果以过渠底最低点的平面0’-0’为基准面，则单位能量为
E s h cos
v 2
Q Ac Ri
i A5 / 3 Q 2/ 3 n
1 16 c R n
i A5 / 3 Q 2/ 3 n
周

当渠道的底坡i、粗糙系数n及过水断面积A一定时，湿越小（或水力半径R愈大）通过流量Q愈大；或当i、
n、Q一定时，湿周越小（或半径R愈大）所需的过水断面
积A也愈小。由几何学可知，这种断面应该是圆形或半圆形断面。工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数 m 由边坡稳定要求确定。在 m 已定的情况下，同样的过水面积 A ，湿周
即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。矩形断面可以看成为 m = 0 的梯形断面。以 m = 0 代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的 m及 Rm 值。
hm Rm 2
bm m 2 即 bm 2hm hm
hm Rm 2
水力最优断面存在的问题
当给定了边坡系数m，水力最优断面的宽深比 b/h是唯一的。
2g
(9.8)
断面的单位能量Es又称为断面比能，简称为比能。
由式（9.7），E s E z0 ，即比能与断面的总能量相差一
个渠底高度z0。在实用上，因一般明渠底坡较小，可认为
cos 1.0 ，故常采用
Es h
Es h
v 2

流体力学与传热：9明渠水流

充满度a，a=h/d
充满角 θ
面积 A d 2 ( sin ) 12 (
8
8
湿周
χ
=
d
θ
=
1 3.14 × ×253.74°= 2.213m
2 2 180°
水力半径
R
d 4
1
sin
三、无压圆管的水力计算
J JP i
1、验算输水能力 Q Ac Ri
2、确定管道坡度
Q2 i = K2
J JP i
Q A 0.6731.022 0.688 m / s
vmin 0.7m / s 1.022 m / s max 5m / s 满足要求
量 Q 9m3 / s 。试按 2.8 设计渠道断面。
b
[解]
= 2.8,b = 2.8h h
[ Q = Ac
Ri =
i n
• A5 / 3 •
1 χ2/3
=
i • (b+m
n
9.2.2明渠均匀流的水力计算
3、设计渠道的断面尺寸
[解]
b = 2.8,b = 2.8h
[ Q Ac
h
Q = Ac Ri =
壁粗糙系数 n=0.014，管道坡降i=0.001，求最大
设计充满度时的流速和流量Q，并校核υ。
h
amax = d max = 0.8 360 - 2 arccos h d 2
0.81 360 2arccos
1 2
d
1
253.74
2
2
A d 2 ( - sin ) 12 3.14 253.74 - sin 253.74 0.673m2
9.2 明渠均匀流的水力最优断面和允许流速

《明渠流动》课件

河流的渠化
1 渠化的目的
河流的渠化是为了改善河道的水流状况，提高水流的稳定性和可控性，以满足人们的需求。
2 渠化的方法
渠化的方法包括疏浚、筑堤和修建防洪设施等，以改变河道的形态和流动特性。
明渠流动的计算
1
曼宁公式
曼宁公式是用于计算明渠流量的常用公
罗斯公式
2
式，通过考虑渠道的形态和粗糙程度来预测水流的流量。
2 动水压力
动水压力是指水在流动中由于速度和变化形态而产生的压力，需要考虑水流的速度和渠道的几何形状。
3 损失
明渠流动存在各种损失，包括摩擦阻力、进出口损失和弯曲损失等，需要在水力计算中进行考虑。
明渠流量计
浮子流量计
浮子流量计是一种常见的明渠流量计，通过观察浮子在水流中的位置来测量流量。
水位法流量计
《明渠流动》PPT课件
明渠流动是一种重要的水力学现象，应用广泛。本课件将介绍明渠流动的基本概念、明渠和管流的特点、河流的渠化以及明渠的计算和应用。
简介
什么是明渠流动
明渠流动是指水流在明渠中自由流动的现象。明渠中没有遮蔽物，水流的信息可以直接观察到。
明渠流动的应用场景
明渠流动广泛应用于农田灌溉、武装巡逻以及防汛救灾等领域，发挥着重要的作用。
天然明渠是自然形成的河道，而人工明渠是人工开挖的水道。
明渠具有流域面积广、水流形态稳定以
及流量计算简便等特点。
管流
管流的优缺点
管流适用于小范围内的水流控制，但管道的使用成本较高，且易受管道堵塞等问题影响。
管流的应用场景
管流广泛应用于城市供水、工业生产以及排污系统等领域，提供了便捷的水流控制方式。
防汛救灾

9明渠流动和堰流

c
9.3.2 佛汝德数
用断面平均流速 υ与波速c之比等于某值，称此值为佛汝德数(Froude)，记作
Fr gh
急流缓流 Fr 1, c 临界流临界流速 c 9.3.3 断面单位能量和临界水深一、断面单位能量 c 急流 c 缓流 c 临界流
0.0005 1 [( 2.8h 1.5h)h]5 / 3 0.025 (2.8h 2h 1 1.52 ) 2 / 3
i 1 i 1 5/ 3 5/ 3 Q = Ac Ri = • A • 2/ 3 = • [( b + mh )h] • n χ n ( b + 2h 1
2.947h8 / 3 f (h)
Q Ac Ri A0 c0 R0 i
2、决定底坡i
Q Ac Ri K i (m 3 s), K Ac R
⑴已知h ，求b。 ⑵已知 b ，求 h 。
b h K KA
b h
Q2 i= 2 K
3、设计渠道的断面尺寸
b h K KA
K
b h K KA
b h K
KA
b h K
⑶宽深比 b 已定，确定 b 、 h 。
9.1.3 明渠均匀流的基本公式过流断面的几何要素: 面积A ： A (b mh)h 边坡系数，m ctga
湿周
水力半径水面宽度基本公式
b 2h 1 m 2
R A

B b 2mh
Q A , c RJ
J i
c Ri
用 h0 表示均匀流的水深，则 A A0
Q Ac Ri A0 c0 R0 i K 0 i
1 16 c R n

明渠水流和堰流

只有人工渠道才严格满足。
8
9.1 明渠均匀流
一.明渠均匀流的基本公式
明渠均匀流一般属于紊流的阻力平方区。
基本公式
连续方程谢才公式
J =i
量纲
谢才系数流量
C
1
1
R6
n
Q AC Ri K i
C
1 L2T
1
流量模数
K AC R
i =1时渠道中通过的流量，与流量单位相同。9
谢才系数的确定巴甫洛夫斯基公式
z 1
i
θ
hn h 2
底坡 i
渠底高程 zb 沿程变化率 i=sin = z/l , 为渠底线与水平线夹角
水深h 断面实际水深 hn，
铅垂水深 h=hn/cos
在小底坡情况下，可以认为 i=sin = tan , cos = 1.0,因此过水断面可近似
地取铅垂面，可用水平距离代替沿程长度；用铅垂水深代替实际水深。
道底坡 i 彼此相等
。
均匀流的所有运动要素均沿程不变。
均匀流的流速沿程不
变，故
。
重力在流动方向上的分量和
阻碍水流运动的摩擦力相平
衡
。
均匀流的水深沿程不变，
故
。
7
5. 明渠均匀流动的形成条件
h’
zb1
L
O
v 2 2g
hcos
zb2 O
① 恒定流 ② Q 沿程不变 ③ 为棱柱型渠 ④ i 和 n 沿程不变 ⑤i>0
流量
Q AC Ri K i
C 1 R1/6
或
C 1 R y 当R 1m时
n
n
y 1.5 n
20
例-1

第9章堰流及闸孔出流

9.6.1 底坎为宽顶堰的闸孔出流 9.6.2 底坎为实用堰的闸孔出流
2
9-0 堰流及闸孔出流的基本概念
水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝等建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量.
当顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时，水流从建筑物顶部自由下泄，这种水流状态称为堰流.
9.6.1 底坎为宽顶堰的闸孔出流 9.6.2 底坎为实用堰的闸孔出流
22
9-2 薄壁堰流的水力计算
薄壁堰流具有稳定的水头和流量关系，因此常作为水力模型试验或野外测量中一种有效的量水工具.
有些临时性的挡水建筑，如叠梁闸门也可近似作薄壁堰流计算.
23
常用的薄壁堰，堰坎顶部的过水断面常作成矩形或三角形，分别称为矩形薄壁堰或三角形薄壁堰（简称三角堰）.
17
9-1 堰流的基本公式推导
基准面
若堰为无侧收缩（ε=1）和自由出流（σs=1），上
式则可写作：
对0-0、1-1断面应用能量方程，堰顶水平面为基准面 18
堰流的基本公式推导
H + α0v02 = (Z + p ) + α1v12 + ςv12
2g
ρg 2g 2g
H0
ξH 0
H0
ξH = (α1 + ζ )v12 2g
2、这两种水流都是在较短的距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的压强分布及建筑物的过水能力均有一定影响.
3、其出流过程的能量损失主要是局部损失.
4
对于明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在某种条件下出流属于堰流，在另外的条件下也可以变成闸孔出流.
这种水流的转化条件除与闸孔的相对开度 e 有关

水力学堰流及闸孔出流

水流产生侧面收缩 Q mc b 2 g H 3 2
mc -- 侧收缩系数由（8-9)式确定
在b、P和H相同的情况下,流量要小于完全堰流量. 二. 三角堰与梯形堰 (堰口的形状为三角形或梯形) 1.三角堰采用
P1
15 ~ 90
0
2.5
0
θ θ
流量公式 Q MH
M值查手册ຫໍສະໝຸດ 最常用的H为 0.05 ~ 0.25m, 90 0
一般η 值大于1.0，η 值越大，表示土粒越不均匀。
二. 岩土的渗流特性
1。透水性 – 指岩土的透水能力。 2。容水度 – 岩土能容纳最大水体与岩土总体积之比。（数值上与m相等）
3. 持水度 – 在重力作用下岩土仍能保持的水体与岩土总体积之比.
4. 给水度 --在重力作用下岩土能释放的水体与岩土总体积之比.在数值上它等于容水度减去持水度.
3. 几何参数（1）骨架 –土壤颗粒组成的结构。（2）孔隙率 m
V 1.0 V0
即孔隙所占的体积V与岩土总体积V0之比。
孔隙率反映岩土的密实程度，土壤孔隙率越大，透水性越好。 d （3）不均匀系数 η 60 d10 d 60 占60%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
d10 占10%重量的土粒能通过的筛孔孔径。
0
P2
P1 – 上游堰高 h1-- 下游水深
hs – 下游水深超过堰顶的高度 hs =h1-P2 可以大于0,也可以小于0.
二.堰的类型 1.薄壁堰 2.实用断面堰

H
0.67 H 2 .5
δ– 堰的厚度 H– 堰上水头
0.67 2 .5
3.宽顶堰
三.堰流的基本公式
H

8明渠流动、堰流和渗流.ppt

23
8.2 明渠均匀流
（2）确定渠道底坡己知渠道断面尺寸、粗糙系数、通过流量或流速，设计渠道的底坡。即己知Q ，求 i 。求解中需要先计算出K 值。如对于排水管渠，为避免沉积淤塞，要求按 “自清”流速设计底坡。对于兼作通航的渠道，则由要求的流速来设计底坡。（3）确定渠道断面尺寸己知渠道输水量Q 、渠道底坡 i 、粗糙系数 n及边坡系数 m，求渠道断面尺寸b 和 h 。从基本公式 Q AC Ri f (m, b, h, n, i) 看到，六个量中己知四个量， h 需求解和 b两个未知量，而在一个方程中要求解两个未知量则有多组解，因此要得到唯一解，就必须根据工程要求和经济要求附加一定的条件，下面分四种情况说明求解方法。 24
a ctg h
(式8.4)
A b m hh 2 x b 2h 1 m A R x
B b 2m h
图8.10梯形断面
20
8.2 明渠均匀流
8.2.3.1明渠均匀流基本公式明渠均匀流水力计算的基本公式是如式（8.6）所示的谢才公式。（式8.6） v C RJ 这一公式是均匀流的通用公式，既适用于有压管道均匀流，也适用于明渠均匀流。由于明渠均匀流中，水力坡度J等于渠底坡度i，故谢才公式亦可写成 v C Ri （式8.7）由此可得流量公式 Q Av AC Ri K i （式8.8）
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8.2 明渠均匀流
在明渠均匀流中，水流重力沿流向分量G sin 与水流所受的边壁阻力F是平衡的。当G sin F 时，明渠水流必然为非均匀流。平坡棱柱体明渠中，水体重力沿流向分量G sin 0 ；逆坡棱柱体明渠中，水体重力沿流向分量G sin 0 ，其方向与边界阻力F相同。在这两种情况下，都不可能形成均匀流。在非棱柱形渠道中，由于断面形状、尺寸等沿程发生变化，水流速度、水深会沿程改变，显然也不可能满足G sin F 这个条件，也不能形成均匀流。可见，明渠恒定均匀流只可能发生在正坡棱柱体明渠中。

各种堰流各种条件下水力计算解析及实例pxs

宽顶堰流的水力计算如图所示，水流进入有底坎的堰顶后，水流在垂直方向受到堰坎边界的约束，堰顶上的过水断面缩小，流速增大，势能转化为动能。

同时堰坎前后产生的局部水头损失，也导致堰顶上势能减小。

所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。

从水力学观点看，过水断面的缩小，可以是堰坎引起，也可以是两侧横向约束引起。

当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时，由于进口段的过水断面在平面上收缩，使过水断面减小，流速加大，部分势能转化为动能，也会形成水面跌落，这种流动现象称为无坎宽顶堰流，仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。

（一）流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度，不同的进口堰头形状，可按下列方法确定。

1、进口堰头为直角(8-22)2、进口堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。

在公式（8-22）、（8-23）中为上游堰高。

当≥3时，由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度，故计算时将不考虑堰高变化的影响，按=3代入公式计算值。

由公式可以看出，宽顶堰的流量系数的变化范围在0.32～0.385之间，当=0时，=0.385，此时宽顶堰的流量系数值最大。

比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数，我们可以看到前者比后者大，也就是说实用堰有较大的过水能力。

对此，可以这样来理解：实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流，其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值，即堰顶水流的压强和势能较小，动能和流速较大，故过水能力较大；宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流，其断面动水压强近似按静水压强规律分布，堰顶水流压强和势能较大，动能和流速较小，故过水能力较小。

（二）侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式（8-21）计算。

（三）淹没系数当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时，就成为淹没出流。

试验表明：当≥0.8时，形成淹没出流。

淹没系数可根据由表查出。

无坎宽顶堰流在计算流量时，仍可使用宽顶堰流的公式。

(精华版)2021开放大学电大专科《水力学(B)》判断多项选择题题库及答案

（精华版）XX开放大学电大专科《水力学（B）》判断多项选择题题库及答案(精华版)国家开放大学电大专科《水力学(B)》判断多项选择题题库及答案盗传必究一、判断题题目1 某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强选择一项：对题目2 静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。

选择一项：错题目2 以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。

选择一项：对题目3 在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面可以任意选取。

选择一项：对题目4 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。

选择一项：对题目5 两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数相同。

选择一项：对题目6 同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。

选择一项：对题目7 计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。

选择一项：错题目8 长管是指几何长度很长的管道。

选择一项：错题目9 明渠均匀流一定是恒定流。

选择一项：对题目10 测压管水头线（水面线）沿程不可能上升。

选择一项：错题目11 明渠中临界流一定是均匀流。

选择一项：对题目12 明渠水流的水面线与总能水头可以重合。

选择一项：错题目13 水力最优断面时设计渠道的必须遵循的原则。

选择一项：错题目14 缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。

选择一项：错题目15 只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。

选择一项：错题目16 对于闸孔出流，当闸门开度与上游水深之比时，闸孔出流转化为堰流。

选择一项：对题目17 达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。

选择一项：错题目18 杜比公式适用于所有的渗流。

选择一项：错题目19 力学相似的必要条件是几何相似，运动相似，动力相似。

选择一项：对题目20 黏滞性可以制止流体流动。

（）选择一项：对题目21 某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强。

浙大工程流体力学试题(卷)与答案解析

2002-2003 学年工程流体力学期末试卷、单选题(每小题 2 分，共20 分)1、一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下2 、断面平均流速υ 与断面上每一点的实际流速u 的关系是(a) =u (b) >u (c) <u (d) u 或u3、均匀流的定义是。

(a) 断面平均流速沿流程不变的流动；(b) 过流断面上各点流速相互平行的流动；(c) 流线皆为平行直线的流动；(d) 各点流速皆相等的流动。

4、与牛顿内摩擦定律有关的因素是。

(a) 压强、速度和粘度；(b) 流体的粘度、切应力与角变形率；(c) 切应力、温度、粘度和速度；(d) 压强、粘度和角变形。

5、流量模数K的量纲是__ 。

(a) L3T-2(b ) L3T-1(c)L2T-1(d)L 2T-1 6、设模型比尺为1：100 ，符合重力相似准则，如果模型流速为0.6m/s ，则原型流速。

(a)60m/s (b) 0.006m/s (c) 60000m/s (d) 6m/s7、在孔口的水头值与孔口的面积相同的情况下，通过管嘴的流量孔口的(a)等于(b) 大于(c)小于(d) 不能判定8、圆管流中判别液流流态的下临界雷诺数为。

(a) 2300 (b)3300 (c)13000 (d) 5759、已知流速势函数，求点( 1，2)的速度分量为。

(a) 2 (b) 3 (c) -3 (d) 以上都不是10 、按与之比可将堰分为三种类型：薄壁堰、实用堰、宽顶堰(a)堰厚堰前水头(b) 堰厚堰顶水头(c) 堰高堰前水头(d) 堰高堰顶水头二、简答题(共24 分)1．静水压强的特性(6 分)2．渐变流的定义及水力特性(6 分)3．边界层的定义及边界层中的压强特性(6 分)4．渗流模型简化的原则及条件(6 分) 三、计算题(共56 分) １、(本小题14 分)有一圆滚门，长度L=10m ，直径D=4m ，上游水深H1=4m ，下游水深H2=2m ，求作用在圆滚门上的水平和铅直分压力题 1 图题 2 图2、（本小题12 分）设导叶将水平射流作的转弯后仍水平射出，如图所示。