水利工程网http://www.shuigong.com 有关,而与渠槽表面糙率无关,即在断面形状、尺寸和流量底坡 一定时,不管渠槽的糙率如何变化,临界水深的值保持不变 通过临界水深hk与明渠中实际的水深λ作比较,可判别水流 的流态 当<hk,为急流 当>hk,为缓流 当=k,为临界流。 (三)急流 当水深小于临界水深,弗汝德数F=~2 g万大于1的水 流,称为急流。急流表现的形态为:当水流遇到障碍物时,只引 起局部的水面变化,而这种变化不向上游传播,如图1-1-6(a) 所示。因此,当急流受到建筑物或其它障碍物的作用时,其干扰 作用只影响下游,不影响上游。 (四)缓流 当水深大于临界水深,弗汝德数小于1的水流,称为缓流 缓流表现的形态为:当水流遇到障碍物时,障碍物对水流的干扰 可向上游传播,表现为上游水位的壅高,如图1-1-6(b)所示。 壅高4z 图1-1-6 1一障碍物,2-涌浪 §1-1-3几种局部水流现象 当边界在平面或空间有剧烈的改变时,往往会引起水流形态 在局部范围内发生显著的变化,而这些局部水流,在实际工程中
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水利工程网http://www.shuigong.com 又具有独特的作用。 离解和漩涡 在水流运动过程中,由于边界发生急剧变化,主流脱离边界 而流动,在主流与边界之间形成漩涡,这种局部的水流现象称为 离解与漩涡。图1-1-7表示几种常见的离解漩涡现象。 离解与漩涡产生的原因,在水利工程中可能有两种情况: 种是惯性脱离,即突变边界处,由于水流的质点具有维持原来运 动方向前进趋势的惯性作用,不能沿着突变的边界作急剧的转折 运动,因而从边界突变点开始,水流脱离边界运动,在主流与边界 之间产生漩涡;另一种是停滞脱离,即渐变边界处,由于水流流 速逐渐减小,压力逐渐增加,即存在逆压梯度,当某点的逆压能 量和能量损失恰等于水流的动能时,则产生水流的停滞点,由于 水流的不可压缩性,继续流来的水流质点,势必绕过停滞点,改 变原有流向,脱离边界,形成离解,离解以后,停滞点的下游, 必将有新的水流来填充,故形成漩涡。因此,从边界情况判断, 大致可分为两种: 1)凡边界笑然变化时,主流与边界分离点发生在边界突变 的尖角点处 2)凡边界逐渐扩大,要视水流流速大小和边界扩大的急縵 程度来决定是否发生离解与漩涡以及发生的位置。 水流发生离解与漩涡后,可能引起以下的后果: 1)由于漩涡的产生,将增加水流能量的局部损失 2)由于漩涡的产生,使水流的紊动加强,甚至引起水流的 不稳定,成为水流振荡和引起建筑物振动的因素之 3)在高速水流的情况下,当发生漩涡时,漩涡中心的压强 较小,易使局部地方产生气穴和空蚀,从而对建筑物起破坏作 4)在水利枢纽下游河道中,当发生立轴漩涡时,漩涡压缩 主流的过水断面,使主流集中和偏向一侧,断面上流速分布也很 不均匀,从而造成局部地方冲刷,局部地方淤积
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水利工程网http://www.shuigong.com 突然扩大 突然缩小 闸门槽 消力墩 T7777 施工不平整 门下游 弯管 逐渐扩大 桥墩或闸墩下游 图1-1-7
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水利工程网http://www.shuigong.com 二、水跃和水跌 (一)水跃 水流由急流过渡到缓流,水深由小于临界水深突然跃起到大 于临界水深的局部水流现象称为水跃,如图1-1-8所示。 水跃是一种突然跃起的局部水流,它的上部是激烈翻腾的漩 滚区,底部为流速较大的主流区。由于水跃区水流翻腾并大量摻 气,因而消耗能量较大,水利工程中常利用水跃消除多余的动 能,以保护下游渠道或河床不被冲刷。 急流段水跃段 图1-1-8 图1-1-9 (二)水趺 水流由缓流过渡到急流,水深由大于临界水深过渡到小于临 界水深,这种水面突然下跌的局部水流现象,称为水跌。如图1 1-9所示。 在非均匀流中,缓流段要过渡到急流段,两种流段的交界面 的水深是临界水深hk,其发生位置可近似认为在底坡突变处。 §1-1-4液体的物理性质 液体的各种物理性质的数值,见表1-1-1、1-1-2、1-1-3 1-1-4。 密度和重率 匀质的液体质量M与体积W的比值,称为密度P,即 M 1-1-9)
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水利工程网http://www.shuigong.com 非匀质的液体,各点密度不同,该点的密度为: p=lim/aN Aw (1-1-10) Fn 2 密度的因次为工」。在工程单位制中,它的常用单位为 公斤·秒2/米4。 液体的质量M与重力加速度9的乘积为液体的重量G。液体 的密度P与重力加速度9的乘积,或液体重量G与体积W的比 值,为液体的重率γ,或称容重,即 P9=评 (1-1-11) 〓、压缩性 液体的体积随压力的增大而减小(也即是重率和密度随压力 的增大而加大),这种性质称为压缩性。对具有一定质量的液 体,原有体积为W,当压力增大dp时,体积减小dW,密度增加 dw dp,则dy与dp/p的比值,或dp与一W的比值,称为体积弹性 系数,即 E,=a/() (1-1-12a) 或 E,=01/(-)=-a (1-1-12b) 体积弹性系数的倒数,称为体积压缩系数(压缩率),它反 映了液体的压缩性。水的压缩系数很小,一般情况下可以认为水 是不可压缩的,只有在压强变化过程非常迅速或流速很高与音速 相近时,才要考虑水的压缩性。 、粘滞性 液体具有抵抗剪切变形的能力,这种性质称为粘滞性。 液体切应力τ的普遍表达式为 dm (1-1-13)
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