曼宁公式

更新时间:2023-07-05 22:30

曼宁公式,指的是明渠道流量或速度经验公式,常用于物理计算、水利建设等活动中。曼宁公式属于应用范围更加广泛的公式,但如果明渠中的流体为恒定均匀流以及明渠恒定缓变流,我们便可以使用形式更为简单的谢才公式来计算流量。

释义

曼宁公式:明渠道流量或速度经验公式。其中,v是速度;

k是转换常数,国际单位制中值为1;

n是糙率,是综合反映管渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数。其值一般由实验数据测得,使用时可查表选用。扩展阅读网址中有一些很有用的n值可供选择:

Rh是水力半径,是流体截面积与湿周长的比值,湿周长指流体与明渠断面接触的周长,不包括与空气接触的周长部分;

S指明渠的坡度。

谢才公式

其表述形式为 J是水力坡度,又称比降。河流水面单位距离的落差,表明了实际液体沿流单位流程上的水头损失。所以谢才公式表述的是断面平均流量Q和水头损失之间的关系。

C是谢才系数。它的表述形式是这一计算方法是根据曼宁公式计算出来的。

局限性

曼宁公式作为经验公式有其本身的局限性;二是曼宁公式的计算中,用平均水深代替水力半径有其必须满足的条件。

一、 曼宁公式的局限性 根据谢才公式可知,谢才系数C在重力加速度定值的情况下,谢才公式实际上与沿程水头损失计算的通用公式一致,C仅仅受沿程阻力系数的影响。其表达式为 根据沿程阻力系数的定义可知,沿程阻力系数是雷诺数壁面相对粗糙度的函数,在尼古拉兹对不同区:光滑区,过渡粗糙区,粗糙区有不同的计算公式

在曼宁公式中我们仅能看到渠道壁面对谢才系数的影响,忽略了雷诺数的影响。这是因为在提出经验公式的过程中,大都在阻力平方区进行的试验,根据尼古拉兹试验结果可知,在阻力平方区即紊流粗糙管区沿程阻力系数与雷诺数无关,只与壁面的相对粗糙度有关。

在天然河道中,我们认为在满足一定条件时,可以当做明渠均匀流来进行流量计算。在一次洪水过程中,随着水流的流速和过水断面水力半径的增大,雷诺数及相对粗糙度都会发生变化。若雷诺数的变化幅度小于相对粗糙度的变化幅度(雷诺数在“尼古拉兹实验”的分区图上增大的幅度小于相对粗糙度在图中的减小的幅度,会使得沿程阻力系数的连续曲线的一部分跨过阻力平方区进入紊流过渡区),使得沿程阻力系数落在粗糙管区之外,进而造成用曼宁公式计算谢才系数的误差增大。故明渠非恒定流中,在一个较短的时间段内,近似的认为其符合明渠稳定流条件应用曼宁--谢才公式计算流量,还应注意其沿程阻力系数是否在阻力平方区。 另必须要指出的是,在水利水电工程项目的实际计算中,曼宁公式中的值的选取必须慎重,较小的误差会造成较大的影响。

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