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　　1F411029  水流形態(tài)及消能方式

　　一、水流形態(tài)

　　從描述水流的不同角度出發(fā)，水流形態(tài)主要包括：恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、層流與紊流、急流與緩流。【注：八種四對】

　　(一)恒定流與非恒定流

　　1.恒定流

　　流場中任何空間上所有的運(yùn)動(dòng)要素(如時(shí)均流速、時(shí)均壓力、密度等)都不隨時(shí)間而改變的水流稱為恒定流。

　　2.非恒定流

　　流場中任何空間上有任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間而改變的水流稱為非恒定流。

　　(二)均勻流與非均勻流

　　1.均勻流

　　當(dāng)水流的流線為相互平行的直線時(shí)的水流稱為均勻流。

　　均勻流的過水?dāng)嗝鏋槠矫妫�且過水?dāng)嗝娴男螤詈统叽缪爻滩蛔?均勻流中，同一流線上不同點(diǎn)的流速應(yīng)相等，從而各過水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植枷嗤�，斷面平均流速相�?均勻流在同一過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)測壓管水頭為一常數(shù)。

　　2.非均勻流

　　當(dāng)水流的流線不是相互平行的直線時(shí)的水流稱為非均勻流。

　　按照流線不平行和彎曲的程度，可將非均勻流分為漸變流和急變流兩種類型。

　　(1)漸變流：水流的流線雖然不是相互平行的直線，但幾乎近于平行直線時(shí)的水流稱為漸變流。

　　(2)急變流：當(dāng)水流的流線之間夾角很大或者流線曲率半徑很小時(shí)的水流稱為急變流。

　　(三)層流與紊流

　　1.層流

　　當(dāng)流速較小，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊地運(yùn)動(dòng)，互不混攙，該流動(dòng)形態(tài)為層流。

　　2.紊流

　　當(dāng)流速較大，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中互相混攙，該流動(dòng)形態(tài)為紊流。實(shí)際工程中紊流是最為常見的流態(tài)，如閘后、跌水、泄水、水輪機(jī)中的水流均為紊流。

　　(四)急流與緩流

　　1.急流

　　當(dāng)水深小于臨界水深，佛汝德數(shù)大于1的水流，稱為急流。

　　【注：佛汝德數(shù)是水力學(xué)中的一個(gè)術(shù)語，即流體內(nèi)慣性力與重力的比值�！�

　　急流表現(xiàn)形態(tài)為：當(dāng)水流遇到障礙物時(shí)，只引起局部的水面變化，而這種變化不向上游傳播。因此，當(dāng)急流受到建筑物或其他障礙物作用時(shí)，其干擾作用只影響下游，不影響上游。

　　2.緩流

　　當(dāng)水深大于臨界水深，佛汝德數(shù)小于1的水流，稱為緩流。緩流表現(xiàn)形態(tài)為：當(dāng)水流遇到障礙物時(shí)，障礙物對水流的干擾可向上游傳播，表現(xiàn)為上游的水位壅高。

　　二、能量轉(zhuǎn)換

　　量水體的機(jī)械能，分別為位能、壓能和動(dòng)能。位能、壓能和動(dòng)能在水體流動(dòng)過程中是可以互相轉(zhuǎn)化的。

　　明渠均勻流中，壓能、動(dòng)能不變，而位能逐漸減小，是由于克服阻力，產(chǎn)生沿程水頭損失。水庫(水閘等)泄水，水流從泄水口噴射而出，位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

　　三、消能方式

　　消能方式有：底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能。

　　(一)底流消能

　　1.底流消能是利用水躍消能，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚�，以消除多余�?dòng)能的消能方式。

　　2.該法具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好，對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小等優(yōu)點(diǎn)，多用于低水頭、大流量、地質(zhì)條件較差的泄水建筑物。既適用于堅(jiān)硬巖基，也適用于較軟弱或節(jié)理裂隙較為發(fā)育的巖基。

　　(二)挑流消能

　　1.挑流消能利用溢流壩下游設(shè)置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后擴(kuò)散的摻氣水流跌落到壩下游河道內(nèi)，在尾水水深中發(fā)生漩渦、沖擊、摻攪、紊動(dòng)、擴(kuò)散、剪切，以消除能量。

　　2.適用于堅(jiān)硬巖基上的高、中壩。

　　(三)面流消能

　　1.當(dāng)下游水深較大且比較穩(wěn)定時(shí)，利用鼻坎將下泄的高速水流的主流挑至下游水面，在主流與河床之間形成巨大的底部旋滾，旋滾流速較低，避免高速水流對河床的沖刷。

　　2.適用于中、低水頭工程尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅較小，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作護(hù)坦。

　　(四)消力戽消能

　　1.是利用泄水建筑物的出流部分造成具有一定反弧半徑和較大挑角所形成的戽斗，在下游尾水淹沒挑坎的條件下，形不成自由水舌，高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，后經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至水面。

　　2.適用于尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅較小，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作