高速水流概述

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水力学课件最终版 (29)

EXIT 2
高速水流会产生许多特殊的水力学问题,主要有下
列四个方面：
1.发生强烈的压强脉动—过去水力学中所讲的动水压强指的是时间平均压强。
2.发生气蚀现象—高速水流通过泄水建筑物的某些部位时，固体表面常被剥蚀和破坏，这种现象叫气蚀。
3.发生掺气现象—当流速达到一定程度，有自由表面的水流中将掺入大量空气，使液体连续性遭到破坏，过
2.可能引起建筑物的振动——由于脉动压强具有周期性变化，压强时大时小往复作用在建筑物上，可能促使轻型结构产生强烈的振动。
EXIT 5
3. 增加气蚀发生的可能性——气蚀是水流中局部压强低于某一定数值时，水流中放出气泡，气泡随水带走，到高压区气泡突然溃灭，产生巨大的冲击力，引起建筑物的剥蚀现象。
2
dt
用数值积分形式表示，则
Dx
1 N
N
x
ti
x
2
i 1
EXIT 11
3) 相关函数
R
T
1
T
0
x t
x x t
xdt
用数值积分形式表示
R
Rq
1 N q
N q
x ti
i 1
x x ti
x
4) 功率谱密度
S
f
40
R
cos
2πf
d
式中：f为频率，实际上积分上限只能取有限值
EXIT 12
行统计，求出各区间出现次数与样本总数之比，此比值称为相对频数，相对频数除以区间间距即得概率密度。
EXIT 14
（2）脉动压强数据处理的步骤及参数的选择
1)采样 2)求均值
采样间隔 t 1
2 fc
3)求脉动值

消防水力学基本知识

消防水力学基本知识1、扑救火灾时常犯的一些错误:如：1)电器、电设备起火在没有切断电源的情况下用水去泼；2)汽油、煤油、柴油等油类可燃液体着火用水去泼灭；3)炙热的金属如高温的铁水、钢水起火用水去扑救…水是无嗅无味的液体，是人类赖以生存的基本物质。

它取用方便，分布广泛，同时由于水在化学上呈中性，无毒，且冷却效果非常好，因此水是最常用、最主要的灭火剂。

主要内容⏹一、水的基本特性⏹二、水的主要物理性质⏹三、水的化学性质一、水的基本特性⏹水有三种状态：固体、液体和气体。

液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。

⏹水在常温下为液体，在常压下、水温超过100℃时，蒸发成气体，水温下降到0 ℃时，凝结成固体称为冰。

(一)水的比热容水温升高1℃时，单位体积的水需要吸收的热量，称为比热容。

若将水的比热作为1，则其他液体的比热容均小于1，水比任何液体的比热容都大。

1L的水温升高1 ℃，需要吸收4200J的热量。

若将1L常温的水（20 ℃）喷洒到火源处，使水温升高到100 ℃，则要吸收热量336KJ。

水的比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。

(二）水的汽化热单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称为汽化热。

水的汽化热很大，1L100℃，变成100℃的水蒸气，需要吸收吸收2264KJ的热量。

水蒸气占燃烧区的体积达35﹪时，火焰就将熄灭。

三）水的冰点纯净的水当温度下降到0℃时，开始凝结成冰。

结冰时，释放出溶解热335KJ/L。

处于流动状态的水不易结冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时，不要关闭水枪。

二、水的主要物理性质（一）密度和容重⏹液体单位体积内所具有的质量称为密度。

⏹液体单位体积内所具有的重量为容重。

⏹不同液体的密度和容重各不相同、同一种液体的密度和容重又随温度和压强而变化。

⏹在正常大气压强条件下，水在不同温度时的容重见表4-1。

⏹表4-1 水在不同温度时的容重(二)黏滞性⏹当液体一旦流动时，分子间的作用力却立即显示为流动的抗阻作用，即显示处所谓的粘滞性阻力（内摩擦阻力），液体的这种阻抗变形运动的特性就称为粘滞性,也叫“内摩阻”。

大学课件-给水处理-过滤

滤层膨胀度：反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。
e L L0 100 % L0
石英砂滤料的膨胀度为45% 冲洗时间：一般采用5-7分钟，也可根据
冲洗废水的允许浊度确定。
高速水流反冲洗的优缺点：
操作方便，池子和设备较简单；冲洗耗水量大，冲洗后，滤料上细下粗分
层明显。
17.4.2. 气、水反冲洗
小阻力配水系统
Qc
S1 S1
S
' 2
S
'' 2
Qa2
S1
1
S
'' 2
v02
v
2 a
2g
•减小干管和支管的进口流速，同样可使布水趋于均匀。
•“小阻力”即指配水系统中孔口阻力较小，这是相对于“大阻力”而言的。
•小阻力配水系统不采用穿孔管，而采用穿孔滤板、滤砖和滤头等。
由于孔口阻力与孔口总面积或开孔比成反比，故开孔比愈大，阻力愈小。
原水浊度和色度较低，水质变化较小。通常采用双层、三层或均质滤料。滤料粒径
和厚度适当增大。原水进入滤池前，不应形成大的絮凝体以免
很快赌塞滤层表面孔隙。为提高微絮凝体强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂以发挥高分子在滤层中吸附架桥作用。滤速应根据原水水质确定。
17.2.2 过滤水力学
与等速过滤相比，在平均滤速相同情况下，减速过滤的滤后水质较好，在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。
（4）滤层中的负水头
在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便出现负水头现象。
负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用。

水射流基本理论讲解课件

水射流基本理论讲解课件
目录
• 水射流概述 • 水射流形成机制 • 水射流动力学特性 • 水射流切割性能 • 水射流清洗性能 • 水射流案例分析
01
水射流概述
水射流定义
01
02
03
高速水流
水射流是以水为工作介质，通过加压设备或重力作用，形成高速水流。
连续或脉冲
水射流可以是连续的水流，也可以是脉冲的水流，这取决于使用的喷嘴类型和操作条件。
水射流切割应用
工业制造
水射流切割广泛应用于汽车、航空航天、船舶、电子等工业制造领域，用于切割金属、非金属、
复合材料等各类材料。
建筑行业
水射流切割可用于混凝土、岩石等建筑材料的切割，具有切割精度高、损伤小等优点。
医疗领域
水射流切割在医疗领域也有广泛应用，如手术中的组织切割、牙齿治疗中的龋齿去除等。
水射流形成原理
液体压力与流量关系
当液体受到压力时，它会形成一条直线射流。压力越大，射流越快，流量也越大。
射流的形成与扩散
当液体的压力足够大时，它会以极快的速度向外扩散，形成射流。随着射流扩散，压力逐渐降低，速度也逐渐减慢。
水射流形成过程
喷嘴设计
喷嘴是形成水射流的关键部件。根据不同的需要，喷嘴可以有不同的形状和尺寸。
2. 机身表面清洗：水射流可用于飞机和航天器机身表面的清洗，去除附着的尘埃和污垢，提高飞行器的气动性能。
3. 流体动力学研究：水射流在航空航天领域中还被用于流体动力学研究，以了解流体与飞行器表面的相互作用。
水射流在环保领域中的应用案例
总结词：水射流在环保领域中应用广泛，能够有效地处理环境污染问题，提高环境质量。

17高速水流

所以气穴数可以作为是否出现气穴的判别指标。
四水流紊动对气穴发生的影响
瞬时气穴数
K'

K

1
p'
v 2
2
由上式可以看出：瞬时气穴数可能比时均气穴数小，
时均气穴数K大于初生气穴Ki 时，瞬时气穴数K’ 可能小
于初生气穴数Ki ，所以瞬时气穴可能在K＞ Ki 时发生。
根据各向同性紊流模型进行计算泰勒发现。
‹#1›2
S
f0'

1 2
S
f0

S
f1

S
fk'

1 4
S
f k 1

2S
fk

S
f k1
S
fM '

1 2
S
f M 1

S
fM

式中 k=1,2,3,4…M－1
5) 概率密度函数
从图中的样本记录采用得到N个x(ti)值（i＝1，2，3…. N）。将它们的数值范围分成若干区间，然后将N个x(ti)值进行统计，求出各区间出现次数与样本总数之比，此比值称为相对频数，相对频数除以区间间距即得概率密度。
防止气蚀的措施已有不少经验，主要有下列几方面可供参考：
1. 边界轮廓要设计成流线型。 2. 施工后，过水表面上不应存在有钢筋头等各种残留
‹#2›0
突起物对过水边界表面在施工中可能造成的不平整要加以控制。下图为斜坡及三角突起体两种表面不平整型式的初生气穴数曲线。
‹#2›1
3. 在难于完全免除气穴的地点，采用抗蚀性能强的材料做护面。抗蚀性能强的材料最常用的有下列几种：（1）高标号混凝土（2）环氧树脂加填充料，其抗气蚀性能比混凝土要好。（3）采用1～2cm厚的工业用橡皮板做护面，如果与混凝土底层连接牢固，其抗气蚀效果比环氧树脂配料要好得多。（4）利用人工掺气防止气蚀。

潜艇泵喷推进器原理_理论说明以及概述

潜艇泵喷推进器原理理论说明以及概述1. 引言1.1 概述潜艇泵喷推进器是一种先进的水下推进技术，它通过将水流引导到泵中，并通过喷射产生推力来推动潜艇。

相比传统的螺旋桨推进系统，潜艇泵喷推进器具有更高的效率和更好的机动性能。

本文主要介绍潜艇泵喷推进器的原理和工作原理，解释其流体力学原理、压力传递机制以及能量转化过程。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

首先，在引言部分我们将对本文进行总体概述和结构安排。

其次，介绍潜艇泵喷推进器的原理，包括其工作原理、结构组成以及优缺点。

接着，在理论说明部分我们将详细探讨潜艇泵喷推进器涉及的流体力学原理、压力传递机制以及能量转化过程。

然后，在实际应用与发展现状部分我们将分析现有的潜艇推进系统应用实例，并探讨技术改进与创新发展趋势以及当前所面临的挑战和解决方案。

最后，在结论与展望部分我们将对文章进行总结，展望未来潜艇泵喷推进器技术的发展，并提出相关的建议和可能的改进方向。

1.3 目的本文旨在深入解析潜艇泵喷推进器的原理和工作机制，从流体力学和能量转化等角度进行理论阐述，并对其现实应用与发展现状进行分析和评估。

通过对该技术的全面研究，我们可以更好地了解潜艇泵喷推进器在海洋探索、军事应用以及科学研究等领域的实际效果和应用前景，为未来该技术的发展提供参考和指导。

2. 潜艇泵喷推进器原理：2.1 工作原理：潜艇泵喷推进器是一种基于马达流体力学原理的推进装置，它通过动力的提供和流体力学原理的应用，实现潜艇在水下前进的目的。

其工作原理主要包括以下几个步骤：首先，在潜艇内部通过压缩空气或者液压系统产生高压能。

这些高压能会被输送到潜艇泵喷推进器中。

接着，高压能被潜艇泵喷推进器中的泵转化为高速水流。

这些水流会经过推进器中的导向器进行方向调整，并注入到反推系统中。

然后，在反推系统内部，高速水流以极高速度从喷嘴中释放出来。

这个过程类似于火箭发动机的工作原理，因此也被称为“水下火箭”。

最后，由于动量守恒定律，高速水流从反向释放出来时会产生一个相等但相反方向的反作用力，从而使得潜艇在水中获得向前的推进力。

第十二章高速水力学基础

图12.5
EXIT
19
这一理论得到了试验观测的证明。采用高速摄像技术观测陡槽水流水面的沿程形态，可以发现，水流进入陡槽，流态由缓流变为了急流，但水流具有未受扰动的势流核，表现为自由水面未受扰动，水面较为光滑，水流与空气的分界面有着规则轮廓。随着水流速度变大，表面上由侧壁产生的波状扰动沿程向水流中部发展，直至整个自由水面上有涟漪波发生和发展，水流表面变得凹凸不平（见图12.6）。
EXIT
6
6. 泄洪雾化泄洪雾化是泄洪过程中产生的降雨和水雾的现象，以及评估这些降雨和水雾对枢纽建筑、边坡和周围环境的不利影响。在挑流消能时，水舌从空中下落，由于水体紊动强烈而激溅四射，生成大量的水团、水股，散落在河水中及其两岸山坡上，形成比天然降雨大得多的局部降水；水舌落入河水中时，高速水流的剧烈碰撞也激溅起大量水体，形成岸边降水；由于水流在空中和岸边的飞溅，形成大量水雾，弥漫与河谷中，随风飘向远方。形成典型的泄洪“雾化”现象。在实际工程中，由于泄洪雾化而影响枢纽汛期安全运行和污染环境的情况时有发生。因此，人们迫切需要了解泄洪雾化的强度分区范围及其可能造成的危害，提出预报方法，以便妥善地进行建筑物的布置，或采取相应的防护措施保障枢纽安全运行。
图12.2 高速水流的冲刷
EXIT
11
考虑到高水头的泄水建筑物往往修建在高山峡谷地区，所以仅对岩石河床破坏的机理进行介绍。基岩冲刷破坏机理方面存在两种基本观点：
（1）表面冲蚀理论由于基岩自身强度低于水流的冲刷能力，水流从表面开始对基岩不断剥蚀，导致基岩破坏。或者高速水流冲过基岩凹凸不平的表面，在“突体”下游形成空蚀坑，随着空蚀范围的扩大而引起基岩破坏。
EXIT
5
5. 掺气减蚀如果时间足够长，空蚀对过流壁面的破坏力很强，是高水头泄水建筑物安全运行中面临的重要风险。必须采取措施，使过水建筑物免遭空蚀破坏。研究和实践均表明，水流掺气有助于制止空蚀的发生和发展过程，是一项经济有效的减蚀措施，在水利水电工程中得到了广泛的应用。由于自掺气发展到壁面需要一定的条件，当溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物水流流速超过 30m/s或空化数小于某一临界值时，在过流壁面上设置挑坎、凹槽或者跌坎，使水流脱离壁面，用通（补）气孔把脱壁区与外部大气连通。脱壁区压强下降，将空气吸入水流中。在掺气减蚀设施下游一定距离内，近壁水流中的空气含量不小于某一临界值时，就能起到减免空蚀破坏的作用，这就是掺气减蚀。因此，需要对掺气减蚀设施的布设位置、型式、尺寸、掺气量、保护范围，通风补气系统的体型等问题开展研究。

高速水流第一部分_20130512

P0－Pv

(P0－Pv ) ／ 2 V0 / 2 g
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空穴发展之初的表现形式为彼此不相连或者相连的单个气泡组——空穴。这种形式定义为初生空穴。此时的空穴数称为初生空穴数i。从理论上而言，某一固定边界形式，初生空穴数i是一个固定值，是与体型相关的一个空穴数，通常由减压模型试验来确定。空穴数是与水流状态有关，初生空穴数则是与过流边界有关。当空穴数＞初生空穴数i时，不会发生空穴；空穴数＜初生空穴数i可能会发生空穴。而且，初生空穴数越大，越容易发生空穴，从而导致空蚀。
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三种功率谱型
过渡型谱
宽带谱型
低频窄带谱型
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卡基娃工程闸门脉动压强与功率谱
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高速水流运动基本方程
高速水流的运动速度虽然相对较高，其仍是流体的宏观运动，水流仍可视为连续介质，如其含气浓度不高，将其视为不可压缩流体，则运动控制方程仍为Navier-Stokes方程，以时均运动的控制方程为例，引入雷诺假设，有
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第4章高速水流的消能

第4章高速水流的消能
水利与生态工程学院张强
主要内容
概述挑流消能底流消能面流消能宽尾墩出流消能其他类型的消能
一、概述
在水利水电上程中，由泄水建筑物下泄的高速水流具有以动能为主的大量机械能，此巨大的能量可能对下游河床产生强烈的冲击。因此，消能防冲常常是泄水建筑物(尤其高水头、大流量泄水建筑物)设计过程中要解决的主要问题之一。从物理学中可知，能量是不能“消”掉的。这里所谓的消能有两方面的含意：其一是设法将对工程有潜在危害的动能尽可能地转化为热能而散失掉，让水流在预计的空间，通过水与水、水与固体边界、水与空气等各种相互摩擦、掺混、冲击、碰撞等方式，实现能量形式的转变；其二是设法让带有剩余动能的水流与防冲保护对象(建筑物基底及其附近河床)远离或分隔，以冲刷不危及建筑物本身安全为条件。
（2）差动式挑流鼻坎差动式挑流鼻坎由两种挑角的一系列高坎与低坎相间布置所构成，也称齿槽式鼻坎。水舌离开这种鼻坎时上、下分散，以加大各股水舌与空气的接触面积，增强紊动、掺气和扩散，提高消能效果，减小冲刷深度。差动式鼻坎的缺点是在高速水流作用下较易发生空蚀，特别是矩形差动式的齿坎侧面易蚀。梯形差动式齿坎就是改进抗蚀性能的另一型式。
方法之二是采用双层模型进行计算，在内层，也即靠近溢流坝面附近，由于水流运动受分子黏性影响较大，用溢流边界层理论描述，而在离溢流坝面距离较远的外层则可忽略分子黏性影响而用势流理论进行计算，两层之间通过速度的匹配建立联系；方法之三是完全忽略黏性作用将溢流坝面全区的水流运动看成是势流运动，直接用势流理论进行计算；方法之四是运用水力学的方法直接建立挑坎处的水力要素与上、下游水位差及流量等之间的关系，再运用试验及原型观测资料确定其中的有关系数。

第17章高速水流

17.4 明渠急流的冲击波
17.4.1斜激波的形成
由于往下游延伸的微弱压缩波系是聚拢的，所以延伸到一定距离后，它们便开始相交，直至聚集而成强压缩波，称作包络激波。
29
17.4 明渠急流的冲击波
17.4.2冲击波现象
当急流通过收缩段时，在收缩段起始断面左右两侧边墙的凹弯折点A及A’处，形成两个局部雍高的扰动波，各自斜向冲击对岸下游边墙，遂后不断斜向反射，一直向下游传播。而在收缩段两侧边墙的凸弯折点D及D’处，则产生两个局部降落的扰动波，也各自斜向下游冲击对岸边岸，并不断反射向下游传播。在收缩段下游的水流，可以看到在纵横断面上呈凹凸起伏、在平面上呈菱形或十字形的波动。这种水力现象称为冲击波。
N
1 Dx N
3) 标准差
Dx
12
17.2水工建筑物的气蚀问题
17.2.1空穴和空蚀的概念
空蚀区空化区

水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。
水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；环境温度不变压力降低引起的汽化；
发生空蚀的前提——产生空化
在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的蒸汽压强Pv
6
17.1 高速水流的脉动压强
17.1.1脉动压强对水工建筑物的影响
(2)引起建筑物的振动。压强脉动的结果是使其作用在结构上的荷载具有周期性的变化，可能引起轻型结构产生振动。如果动水压强的脉动频率与建筑物的某一阶自振频率一致或非常接近时，还可能引起共振，导致建筑物的破坏。如薄拱坝、消力池导墙、溢流厂房顶面、闸门、压力钢管、消力池护坦等轻型结构，设计时必须考虑脉动压强的影响。 7
17.4.1斜激波的形成
超声速气流沿内折转一微小角度dθ的内凹壁面流动时产生的马赫波是微弱压缩波。气流越过微弱压缩波的流动为等熵的压缩过程。 26

高速水流的雾化PPT课件

速度过高可能导致水滴破碎不完全
当流体速度过高时，水滴可能因为过度的剪切力而破碎成非常小的水滴，甚至形成雾状，这可能不利于某些应用场景。
流体压力的影响
压力增大有利于提高雾化效果
在一定范围内，随着流体压力的增大，水滴受到的剪切力增大，更容易被破碎，从而提高雾化效果。
压力过高可能导致水滴破碎不完全
当压力过高时，水滴可能因为过度的剪切力而破碎成非常小的水滴，甚至形成雾状，这可能不利于某些应用场景。
高速水流的雾化PPT 课件
目录
CONTENTS
• 引言 • 高速水流雾化的基本原理 • 高速水流雾化的影响因素 • 高速水流雾化的应用场景 • 高速水流雾化的实验研究与模拟
目录
CONTENTS
• 高速水流雾化的未来研究方向与挑战
• 结论
01
引言
主题简介
高速水流的雾化是指水流在高速运动过程中，由于水分子之间的相互作用和与空气的摩擦，导致水滴破碎并形成细小雾滴的现象。
流体温度的影响
温度升高可能导致水滴更容易破碎
随着温度的升高，流体的粘度可能会降低，从而使水滴更容易受到剪切力的作用而破碎。
温度过高可能导致水滴蒸发不完全
当温度过高时，水滴可能因为过度的蒸发而不能完全雾化，这可能影响应用效果。
流体成分的影响
成分影响流体的粘度和表面张力
不同的流体成分可能会影响流体的粘度和表面张力，从而影响水滴的破碎效果。例如，盐水的粘度和表面张力与纯水不同，因此其雾化效果也不同。
Байду номын сангаас
05
高速水流雾化的实
验研究与模拟
实验研究方法
实验设备
使用高速摄像机、激光测速仪等设备，对高速水流进行实时观测和测量。

高速水流

填空题1、高速水流的研究可采用以下四种方法理论分析、试验研究、数值计算、原型观测。

2、从水流紊动特征的空间变化出发，可将紊流分为均匀紊流与非均匀紊流。

3、非均匀紊流又可细分为自由切变紊流及边壁切变紊流。

4、边壁切变紊流包括流体绕固体边界的流动及流体在固体边界之间的流动两种。

5、脉动壁压强度、主频率及其频谱持性是结构设计中甚为关注的物理量。

6、根据紊流运动的特性，可将水利工程中切变紊流的脉动壁压分为即平顺水流情况下的脉动壁压与强紊流情况下的脉动壁压两种。

7、由于掺气原因不同，—般将掺气水流分为强迫掺气水流与自然掺气水流两大类。

8、从纵向上看可将明渠掺气水流分无气区、掺气发展区及掺气充分发展区三个区域。

9、视掺气散裂程度的不同可将高速挑射水流分为部分掺气散裂射流、充分掺气散裂射流及完全掺气散裂射流三种。

10、自由跌落水流能否掺气，关键在于射流流态及其入水流速。

11、附壁跌落水流的流态有表面流、波状流、附着底及穿透流四种。

12、挑流消能中鼻坎的适宜挑角一般可取为15°～35°。

13、根据挑流水舌的运动过程，可将其分为自由射流区，冲击区及附壁射流区三段。

14、岩基破坏过程分解为①解体过程②拔出过程③搬运过程三个部分。

15、对平底、无辅助消能设施的二维自由水跃，其水跃可划分为①弱水跃②颤动水跃③稳定水跃④强水跃四种基本形式。

16、水跃与下游水面的衔接形式有临界水跃衔接、远驱水跃衔接、淹没水跃衔接三种。

17、底流消能中的辅助消能工主要有趾墩、前墩、后墩、尾槛。

18、控制水跃的目的有解决尾水偏深，或尾水不足以及缩短水跃长度的问题三种。

19、面流消能可分跌坎面流和戽斗面流两类。

20、空化可以分为游移空化，固定空化，漩涡空化，振荡空化四种。

21、水体中所含的气核可分为表面气核与流动气核两种。

22、水流空化数越大，形成空化的可能性小；水流空化数越小，形成空化的可能性大。

23、空化与空蚀的物理模拟考虑的动力相似条件有模型与原型的弗劳德数相等及水流初生空化数相等。

(完整版)高速水流的雾化1

泄流雾化涉及气、液两相流的问题，目前尚无成熟的理论计算方法，
因此这一问题的研究还处于在用多种方法进行探索的阶段。在这方面，二滩工程
的泄洪雾化颇具代表性。其所用的方法和内容有：
（1）用大比尺模型模拟泄洪雾化物理过程，辅以乌江渡泄洪洞泄洪的5个比尺系列模型试验。
（2）用电阻式掺气仪、平面和立体摄影与图像处理技术，研究空中水舌掺气扩散特性，运动轨迹和可雾化量。
序号
分区
泄洪雾化分区标准及对策分区标准
防护措施
一
水舌主流区
整体水工模型实测或计算的水舌扩散范围
足够水深的水垫塘
二
水舌裂散及激溅区
降水强度q>当地产生泥石流的雨强，二滩为q>40mm/h
混凝土护坡，设马道，排水沟
三
浓雾暴雨区
当地产生泥石流的雨强>q>8mm/h能见度 10m以内
喷锚混凝土，设马道，排水沟
数值计算
物理模型
物理模型试验及原型观测
三种研究方法的利弊：
1.数值计算。数值计算所依据的理论模型较多，只能定性的描述。
2.物理模型。物理模型实验能对某区域的雾化水流运动进行定量的描述，但费时费力，且因雾化水流前后各段性质差异较大及两项运动的复杂性，在模型率的选择及缩尺效应的估算等方面仍存在问题。
和7月两次泄洪，历时 339.4h和103.4h，因雾化降雨，使坝下100m处高程 70m的220v变压器站2跨产生跳闸，1“、2“、5“和 6“机组被迫停机，发电损
失约600万元。
柘溪，溢流坝差动鼻坎挑流，泄洪时掺气水舌跌入河床后溅出大量水滴，形成较强浓雾，在水舌入水处下游200~300m，高约150m范围，雾化布满厂房左侧河谷，无法透视。使左岸部分办公大楼和生活区处于雾化区，至使办公大楼被迫搬

第1章高速水流概述

二、高速水流的定义
如果水流运动速度足够高，以至于水流紊动强烈和剧烈掺气，并可能导致空蚀破坏、结构振动、局部区域雾流强降雨、急流冲击波及滚波等现象的单独或综合出现，此时的水流称为高速水流。习惯上常将流速达到15～20m／s以上的水流称为高速水流。
三、高速水流的流动特性
1、高速水流通常为复杂边界条件下的多相体系紊流。如掺气水流为水一气两相流；雾化水流的雾流扩散段为气一水两相流等。 2、高速水流与过流边界之间的相互作用更加突出。如流激振动中存在水流与固体边界的流固耦合；渠道中边墙的偏转可导致急流冲击波的形成；雾化水流中的雾流降雨在很大程度上依赖于下游地形等。此外，由高速水流形成的空蚀破坏甚至还将导致水流边界的改变。 3、高速水流中惯性力的作用更加突出。由于高速水流具有如上特点，如在设计或施工中不加以注意，其有可能导致结构物或水力机械工作条件的恶化，甚至破坏。研究高速水流的目的正在于防范其可能导致的危害。
五、高速水流的研究方法
高速水流的研究可采用以下四种方法：理论分析、试验研究、数值计算、原型观测。影响高速水流的因素很多，单纯的理论分析只能把握其主要影响因素。试验研究与原型观测目前乃至今后相当一段时间仍然是高速水流研究的主要方法，但模型试验费时费工，且从技术上来看也有可能存在缩尺效应，而原型观测亦受场地及泄流条件等的限制较大。数值计算在高速水流中的应用已有不少成果，但仍有待于进一步深入、系统与完善。
四、高速水流存在的特殊水力学问题
1、高速水流的紊动与流激振动研究高速水流紊动的基础仍然是紊流理论。高速水流中存在着多种尺度的运动，在三维紊流中其含能涡与耗散涡的尺度之比近似与雷诺数的9／4次方成正比。由于高速水流的雷诺数很大，其内各种紊动尺度共存，水流紊动强烈，并有可能导致处于其中或构成其边界的结构物的振动甚至破坏。因此，应研究高速水流的紊动特征，尤其是要弄清高速水流作用于其过流边界上的强度紊动的存在是导致其内维持一定含气浓度的必要与充分条件。高速水流掺气后，水体的连续性被破坏，其原有的水力特性也相应改变。因此，应弄清高速水流的掺气条件及水流掺气后水力要素的计算，以此来判别水流掺气后对结构可能造成的影响。 3、高速水流的消能高水头泄水建筑物上的高速水流具有巨大的动能，如何将其进行有效的转化，使上、下游水流以适当的形式相衔接是水利水电工程中的重要问题之一。因此，应研究适合具体工程特点的消能形式。

高速水流科学名词

高速水流科学名词高速水流是指因流速较高而出现空化、掺气、冲击波、强烈脉动等一种或多种特殊现象的水流。

出现高速水流现象的界限流速，随水流条件、边界条件以及不同特殊现象等因素而变。

空化液体内局部压强降低时，液体中未溶微气泡（空化核）迅速长大而形成空泡的现象。

天然液体中都含有空化核，高速水流可导致液体局部压降而形成空化。

空化状态可用空化数σ描述，其表达式为：式中p∞及υ∞分别为来流压强及流速；ρ为液体密度；pv为相应液体温度下的饱和蒸汽压强。

临界状态时的空化数称临界空化数σcr它又可分为初生空化数σi（未空化过渡到出现空化的临界状态）及消失空化数σd（已空化过渡到空化消失的临界状态)。

临界空化数随流动的边界条件等而异。

对于平顺光洁的边界，临界空化数较小。

当水流的空化数σ与相应流动边界的临界空化数σcr相比较后，即可判明空化是否发生。

σ≤σcr，发生空化；σ>σcr，不发生空化。

水流发生空化后,若下游动水压强升高,则空化消失，空泡溃灭，并形成极高的冲击压强。

若空泡在固体边界附近溃灭,高压冲击招致材料的剥蚀损坏,则称为空蚀。

空化还会招致振动、噪声和机械效率降低等后果。

空化现象于20世纪初最先在船舶螺旋桨中发现，30年代后在高水头泄水建筑物中大量呈现。

在设计高水头泄水建筑物时，要注意避免过低的局部压降而出现空化，可在可能出现的空化区通入空气以缓冲空泡溃灭时的冲击，减免对边界材料的空蚀破坏。

掺气高速明渠水流的水、气界面附近向水体中自动掺入空气的现象。

掺气水流为气、液两相流，常发生在陡槽及溢流高坝的泄流中。

水流掺气的成因，主要有表面波破碎而招致掺气及紊流边界层发展到水面而形成掺气等两种观点。

前者把水流自由表面的掺气看成是波浪现象。

当流速足够大时，导致水流表面波浪破碎，从而卷入空气。

后者认为水流掺气是水质点高度紊动的结果。

由于水流表面的紊动，使水质点的动能足以克服表面张力而跃离水面；水滴下落时卷入的空气，又因水流内部的紊动而挟入水面下一定深度。

第六章明渠水流

解之得最大流速充满度av数值解 h v 257.45 ，av 0.8128 d v

23
水力学与桥涵水文
叶镇国彭文波编著
6-3 明渠均匀流基本公式
泄流量表算原理
h = d 时（满流无压）
Q0 A0C0 R0i K0 i
h < d 时（不满流无压） Q AC Ri K i
水力学与桥涵水文叶镇国
彭文波编箸
第六章明渠水流
6-1 明渠几何特征与容许流速 6-2 明渠均匀流特性 6-3 明渠均匀流基本公式 6-4 明渠均匀流水力计算基本问题 6-5 明渠非均匀流 6-6 急流、缓流及临界流的判别标准 6-7 明渠三种流动状态的水力特性 6-8 明渠急变流 6-9 明渠恒定渐变流基本微分方程 6-10 明渠恒定渐变流基本微分方程 6-11 明渠恒定渐变流水面曲线计算
有：
Q
Q h Q Q0 d v h v v v0 d
（6-18）
24
水力学与桥涵水文
叶镇国彭文波编著
6-3 明渠均匀流基本公式
泄流量表算原理
泄流量公式
Q QQ
A0
（6-19）
d2
4
d R0 4 K 0 A0C0
Q i
由 K (h0 )
在图中可得h0
h0 数解法
按公式（6-11）解得h0 - K（h0）关系当 K i (h0i ) Q 时，试算可得相应水深 h0i=h0
i
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水力学与桥涵水文
叶镇国彭文波编著
6-3 明渠均匀流基本公式
（图6-5）
18
水力学与桥涵水文

第八章急流冲击波和滚波

q
? ? ?
适用于p=0.5～10m，tan δ=1/1.5～1/5。
8.5急流弯道冲击波计算
8.5.1 急流弯道冲击波形态
8.5.2 较大半径情况下急流冲击波的计算
1、试验结果
2b
? ? arctan
?2r0 ? b?tan ?
h
?
u2 g
sin
2
? ?
?
?
?
??
2 ??
8.5.2 较大半径情况下急流冲击波的计算
?t
?
arctan
?rt
?
b
0.5b?tan
?
8.5.4 弯道上急流冲击波的控制 2、槽底横向超高法该法是从消除边墙对水流造成的扰动来考虑。由弯道曲线段
的起点逐渐降低槽底的内侧，或抬高外侧，或联合进行，以形成一定的横向坡度，这样便有重力沿横向坡度方向的分力作用于水流的每个质点，使其有向心的加速度能够自由转弯。这时边墙对水流的作用和在直段一样，不另外施加侧力迫使水流转向，因此就不会产生扰动。
槽底横向坡度为： u2
ic ? sin ? ? gr
8.6滚波现象
滚波与冲击波是完全不同的。冲击波是由于边界改变而产生，其波动形状及位置都是固定的。而滚波则破坏了水流的恒定状态。滚波的产生使陡槽水面突然升高，要求边墙加高；同时，增加了下游消能的困难。
在一般陡槽中，水流在重力、惯性力及摩阻力作用下维持平衡。当局部干扰引起波动后，由于摩阻力的作用，波高逐渐衰减至消失。在底坡较大的陡槽中，重力的分力及惯性力大，摩阻力相对减小，摩阻力不足以衰减扰动波。波高反而不断沿流程增长，就形成了滚波。因此，陡槽摩阻力相对太小是形成滚波的根本原因。

普通地质学第五章地面流水的地质作用分解

作具有较好的磨圆度;
用（
沉
成层性较清晰：常具有波痕、砂丘和交错层理等构造;
积常具有韵律性二元结构：下部为河床沉积
作
用－
（砾石、砂砾）上部为河漫滩沉积（泥质和粉沙）在坡面上有规律的交替出现。
冲
积
物
特
点
）
（二）沉积的主要类型
1.河床沉积 ——常为粗大的碎屑物，
如砂、砾石。构成河床相砂砾层。
主上，并普遍发育有河流冲积物二元结构。
要
类
型
在大河的中下游地区，由于河床长期往
）
复摆动河漫滩不断发展扩大并连在一起。
从而形成广阔的冲积平原，如长江中下
游平原。
3.三角洲
5.3
河水在海、湖口地段受到海湖水的阻滞，动能明显减弱，携带的泥沙沉积下来形成河口沉积，其形状一般是呈向大海（湖）中伸出的三角形平地。
河三角洲沉积包括：
流的
前积层——碎屑沉积具斜层理
地水下部分
质
作
底积层——具水平层理的细悬浮物质、胶体物质
用
（水上部分：顶积层—— 碎屑沉积具斜层理。沉
积作
三角洲是重要的油气田分布区。
用
－
主
要
类
型
）
三角洲沉积分布示意图（据刘本培，2000） A－平面图；B－纵剖面图
第四节构造运动对河流的影响
5.4
构
造
运
动
对
河
流
的
影响
2.基座阶地——阶地面上为冲积物，阶地崖下部可见到基岩（图中Ⅱ）。说明河流下
（
蚀的深度大于原生沉积物厚度。反映后期构造上升较大的特点。