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如何使用《程序集》D-7程序进行渠道水力计算和有关水面曲线计算

一、D-7程序的内容简介:

程序功能

    1、计算渠道的正常水深、临界水深,用于渠道设计。

    2、适用于渠道、溢洪道、明流隧洞、水电前池、节制闸、分水闸等的恒定非均匀渐变流水面曲线计算。棱柱形或非棱柱形渠道均可计算。

    3、渠道断面可为矩形、梯形、复式断面、带圆弧底的梯形和U形槽、圆形断面等。断面形状可沿程逐渐变化。对以上断面类型,可用程序计算正常水深、临界水深,用以判断水面曲线的类型。

    4、将拟计算的渠道分为若干个计算渠段(包括断面变化点),给出各渠段的基本数据和起算水位,程序将依次计算各渠段末端水深。可由上游向下游推算,也可由下游向上游推算。

    5、根椐各渠段的正常水深h0、临界水深hk及当前水深h,自动判断水面曲线类型,(对于底坡i=0与i<0的情况也给予考虑),给出试算水位的范围,然后采用二分法计算各渠段末之水深。

    6、以表格形式打印各段渠道之水深h、流速V、渠段长dL、累计长L。

    计算原理

    1,正常水深h0的计算

                    按照:

                    image.png

                    已知:

                    image.png

                    

                    代入得:

                    image.png

                    求ho即为求解下列方程的根:

                    image.png


                    采用二分法求解,如图1

                     

                    h1h0h2  

                                   image.png

                    

                    image.png

                    于是

                    image.png

                    J与K同号,令h2=h;J=K

                    J与K异号,令h1=h2h2=h ;J=K

                    继续二分即 h≈(h1+h2)/2重新计算,直到∣h1-h2∣≤允许误差为止。

  2. 临界水深计算

                    临界水深 hk 由公式

                                                image.png

                    试算求解(对于任意形状的断面此式为h的隐函数形式)

                    即求解下列方程的根

                                           image.png

                    

                                                    image.png 

                    对于梯形断面面积

                                                     image.png

                    水面宽度

                                                        image.png

采用二分法求解,原理与正常水深求法相同,唯函数发f(h)的表达式不同而已。

  3,明渠恒定渐变流水面曲线计算

人工渠槽断面单位能量沿程变化的微分方程

                                image.png

其差分格式为:                                


                                 image.png 


                          image.png

式中 

                         image.png 

其中:h1为已知,h2为欲求之水深

为此,将差分方程改为下列函数表达式

                         image.png

采用二分法求解,原理与正常水深求法相同,唯函数f(h)的表达式不同而已。

  4,当渠道为梯形断面带圆弧底时,圆形与边坡相切,程序按几何关系自动计算各要素。

D-7程序的使用说明中介绍了以下理论问题和有关计算公式:

1、正常水深计算

2、临界水深计算

3、水面曲线计算的理论和二分法原理

另外介绍了程序的使用方法,包括:输入数据填写规定、输出结果阅读等。还附录了有关的工程算例。详细可以阅读程序的使用说明。

 

二、明确几个水力学概念

恒定流、非恒定流:流量随时间的变化,不变化为恒定流,变化为非恒定流

断面水力要素:指过水断面的几何要素(例如矩形渠道的底宽、边坡系数、水深、底坡等)

均匀流、非均匀流:渠道沿程断面水力要素不变化的为均匀流,变化的为非均匀流。均匀流时,有正常水深、临界水深计算;非均匀流时,有水面曲线计算问题。

棱柱型渠道、非棱柱型渠道:渠道的横向几何尺寸沿程不变化的(在水深范围内)为棱柱型渠道,渠道的横向几何尺寸沿程变化的,为非棱柱型渠道。

渐变流、急变流:渠道水流的水力要素沿程没有突变的为渐变流,有突变的(如水跃、跌水)就不是渐变流,或者叫做急变流。

正常水深:恒定均匀流时的稳定水深

临界水深:相应于断面单位能量最小值的水深,称为临界水深。

    急流、缓流:渠道中当前水深小于临界水深的状态,称为急流;水深大于临界水深的,称为缓流。

    临界底坡:正常水深等于临界水深时的渠道底坡。

熟悉水面曲线的类型和可能出现的工程实例


三、水面曲线的类型和出现各种水面曲线的工程实例

 原文较长,如需继续了解,请点击下载原文!

3如何使用D-7程序xx.doc


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