水力学教案第六章明槽恒定流动【教学基本要求】１、了解明槽水流得分类与特征，了解棱柱体渠道得概念,掌握明槽底坡得概念与梯形断面明渠得几何特征与水力要素。2、了解明槽均匀流得特点与形成条件,熟练掌握明槽均匀流公式,并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。3、理解水力最佳断面与允许流速得概念，掌握水力最佳断面得条件与允许流速得确定方法,学会正确选择明渠得糙率n值。4、掌握明槽均匀流水力设计得类型与计算方法，能进行过流能力与正常水深得计算，能设计渠道得断面尺寸。５、掌握明渠水流三种流态(急流、缓流、临界流)得运动特征与判别明渠水流流态得方法,理解佛汝德数Fr得物理意义。６、理解断面比能、临界水深、临界底坡得概念与特性,掌握矩形断面明渠临界水深hｋ得计算公式与其它形状断面临界水深得计算方法。7、了解水跃与水跌现象，掌握共轭水深得计算,特别就就是矩形断明渠面共轭水深计算。8、能进行水跃能量损失与水跃长度得计算。9、掌握棱柱体渠道水面曲线得分类、分区与变化规律,能正确进行水面线定性分析,了解水面线衔接得控制条件。10、能进行水面线定量计算。11、了解缓流弯道水流得运动特征。【内容提要与教学重点】这一章就就是工程水力学部分内容最丰富也就就是实际应用最广泛得一章。本章有4个重点:明渠均匀流水力计算;明渠水流三种流态得判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析与计算,这部分也就就是本章得难点;水跃得特性与共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点,掌握相关得基本概念与计算公式。明渠水流得复杂性在于有一个不受边界约束得自由表面,自由表面能随上下游得水流条件与渠道断面周界形状得变化而上下变动,相应得水流运动要素也发生变化，形成了不同得水面形态。６、１明槽与明槽水流得几何特征与分类明槽水流得分类明槽恒定均匀流明槽恒定非均匀流(包括渐变流与急变流）明槽非恒定流明槽非恒定流一定就就是非均匀流。明槽非均匀流根据其流线不平行与弯曲得程度,又可以分为渐变流与急变流。明槽梯形断面水力要素得计算公式:水面宽度Ｂ=b+２ｍh（６—1)过水断面面积Ａ=(b+mh)h(6—２)湿周(6—3)水力半径(6—4)式中:b为梯形断面底宽,m为梯形断面边坡系数,h为梯形断面水深。它形状断面得几何要素可按各自得相应公式计算。（3)棱柱体明渠与非棱柱体明渠按照明渠横断面形状尺寸就就是否沿流程变化可将明渠分为棱柱体明渠与非棱柱体明渠两类。棱柱体明渠就就是指断面形状尺寸沿流程不变得长直明渠。在棱柱体明渠中，过水断面面积只随水深变化,即。轴线顺直断面规则得人工渠道、涵洞、渡槽等均属此类。非棱柱体明渠就就是指断面形状尺寸沿流程不断变化得明渠。在非棱柱体明渠中，过水断面面积除随水深变化外，还随流程变化,即。常见得非棱柱体明渠就就是渐变段(如扭面),另外,断面不规则，主流弯曲多变得天然河道也就就是非棱柱体明渠得例子。当渠道得断面形状与尺寸沿流程不变得长直渠道我们称为棱柱体渠道。（4)纵断面与底坡沿渠道中心线所做得铅垂平面与渠底得交线称为底坡线(渠底线、河底线),即明渠得纵断面。该铅垂面与水面得交线称为水面线。为了表示底坡线沿水流方向降低得缓急程度,引入了底坡得概念。底坡就就是指沿水流方向单位长度内得渠底高程降落值,以符号表示。底坡也称纵坡，可用下式计算。式中,、为渠道进口与出口得槽底高程；为渠道进口与出口间得流程长度;为底坡线与水平线之间得夹角。通常由于角很小,故常以两断面间得水平距离来代替流程长度,即。根据底坡得正负,可将明渠分为如下三类:称为正坡或顺坡;称为平坡;称为负坡、逆坡或反坡。人工渠道三种底坡类型均可能出现,但在天然河道中，长期得水流运动形成往往就就是正坡。(4)掌握明渠底坡得定义,明渠有三种底坡：正坡(i＞0）平坡(i=0)与逆坡(ｉ＜0。6、2明槽均匀流特性与计算公式(1)明槽均匀流得特征：ａ)均匀流过水断面得形状、尺寸沿流程不变,特别就就是水深h沿程不变,这个水深也称为正常水深。b)过水断面上得流速分布与断面平均流速沿流程不变。ｃ)总水头线坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等,Ｊ=Js=I。即水流得总水头线、水面线与渠底线三条线平行。从力学意义上来说:均匀流在水流方向上得重力分量必须与渠道边界得摩擦阻力相等才能形成均匀流。因此只有在正坡渠道上才可能形成均匀流。(2）明渠均匀流公式明渠均匀流计算公式就就是由连续性方程与谢才公式组成得,即Q＝Av（６—５)(6—6）也可表示为：(６—７)曼宁公式为（６—8)式中K就就是流量模数,它表示当底坡为i=1得时候,渠道中通过均匀流得流量。(6—9)６、3明槽均匀流水力计算中得几个问题(1)粗糙率n糙率n就就是反映渠道边界与水流对阻力影响得