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缓流

2020-04-09 21:01

明渠水流受到干扰时,干扰波既能向下游传播,又能向上游传播的流态。例如,在底波平缓、水流徐缓的河道中,若遇桥墩、堤坝等障碍,则上游水面将壅高,而且可以延伸到远处。当干扰波的波速比水流流速大时,则干扰引起的波动就能够向上游传播。根据能量方程可以导出微波(波高远比水深为小的波)的波速为c=

。式中,g为重力加速度;A为过水断面面积;B为水面宽度。缓流时水流的流速V<c,即

,将其写成弗劳德数(Fr)的形式,则

。对矩形明渠,断面积A=Bh,h为水深,则Fr=

。在缓流情况下,重力对水流的作用大于惯性力的作用,干扰微波正是在重力作用下克服惯性力而向上游传播的。所以明渠水流流态是否为缓流,可采用(Fr)来判别。

从能量角度来分析,在断面单位能量(或称断面比能)Es=h+αv2/2g与水深(h)的关系曲线(参见临界流附图)上,Es有一最小值,对应于临界流,相应水深为临界水深(hc),即Es—h曲线图中相应的C点,该处Fr=1.0。在曲线上支,h>hc,Fr<1.0,即为缓流流态。此外,在Es1=h1+av21/2g的组成项中,h1为单位重量液体势能项,占断面单位能量的主体部分,而动能项仅占很小部分。

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