高速水流

第一章

一、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。

二、名次解释

高速水流；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

三、问答题

1、层流与紊流的本质区别是什么？1、紊流运动是由大小不等的涡体所组成的无规则的随机运动，其物理量(如流速、压强及温度等)存在脉动，即对时间和空间而言的不规则变化。

2、紊流的输运能力(用紊动黏性系数来表示)要比分子的输运能力大几个数量级。

3、紊流常在高雷诺数下发生，可将其视为层流的非稳定性发展，且紊流中通过小涡体的掺混运动造成很大的能量耗损。

2、与处于中、低速运动的水流相比，高速水流的流动特性有哪些新的变化？1、高速水流通常为复杂边界条件下的多相体系紊流2、高速水流与过流边界之间的相互作用更加突出3.高速水流中惯性力的作用更加突出

3、高速水流存在哪些特殊的水力学问题，请简要说明。1、高速水流的紊动与流激振动,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2、高速水流的掺气, 高速水流内高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

4、空化空蚀高速水流通过泄水建筑物某些部位时，固壁常出现剥蚀甚至破坏现象。

5、高速水流的雾化高速水流的雾化对水利水电工程的安全运行具有潜在威胁，并有可能导致山体滑坡、中断交通及闪络跳闸等事故的出现

6、急流冲击波与滚波急流冲击波是渠槽中因侧墙几何条件的变化而在水面形成的一种波

4、高速水流的研究方法有哪些？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。

第二章

一、填空题

1、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。

2、非均匀紊流又可细分为自由切变紊流及边壁切变紊流。

3、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两种。

4 脉动壁压强度、主频率及其频谱持是结构设计中甚为关注的物理量。

5、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。

二、名词解释

均匀紊流所有紊动特征量不随空间位置而变，也即任何紊动特征量的平均值及其空间导数在

坐标作任何平移变换时不变。自由切变紊流固体边壁对紊动特性不发生

直接影响的紊流，如射流、尾流及混合层等边壁切变紊流固体边壁对紊动特性有直接影响的紊流，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脉动壁压作用在结构壁(表)面上紊流脉动压强的简

称。

三、问答题

1、高速水流的紊动有哪些特征，请简要说明。(1)能量耗损, 水流运动必然要消耗能量。能量耗损是由其内的小尺度涡体通过黏性作用而造成的（2）动水荷载当泄水建筑物泄流时，作用于其边壁上的动水荷载是导致建筑物振动的激振力，这种动水荷载实际上是边壁上的脉动压强与脉动切应力沿过流面综合作用的结果。（3）两相紊流高速水流或多或少地挟带有气泡，基本上属水—气两相紊流

2、紊流模型有哪些？雷诺应力模式(RSM)、代数应力模式(ASM)、

K-ε两方程模式和紊流半经验理论

3、用于描述紊流随机场的低阶统计量有哪些？①均值；③均方值(包括均方根值)；③概率密度函数；④相关函数；⑤谱密度函数。

4、水利水电中的脉动壁压研究主要集中在哪些方面？(1)脉动壁压的形成机理；(2)高速水流单点脉动壁压统计特性；(3)高速水流脉动壁压的空时相关及波数频率谱特性；(4)压力传感器形状与尺寸对脉动壁压实测值的影响。

5、压力传感器形状与尺寸对脉动壁压实测特征值有什么影响？

（1）在波数一定的条件下，压力传感器直径越大，高波数谱密度的衰减越大。对给定的压力传感器，波数越高，其谱密度的衰减越大。

（2）压力传感器直径越大，所实测山的脉动壁压强度越

低，其拟合关系式为

（3）实侧的脉动缝压可视为紊流中的各种“基本”结构(脉动壁压元)作用于压力传感器承压面的结果，也即压力传感器直径越大，作用于其上的紊流中的各种“基本”结构数也越多。如果认为各个脉动壁压元是相互独立，并服从同一概率密度分布的，则所实测出的脉动壁压信号越接近正态分布。

第三章

一、填空题

1、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。

2、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。

3、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。

4、自由跌落水流能否掺气，关键在于关键在于射流流态及其入水流。

5、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。

二、名词解释

掺气水流: 泄水建筑物过流时，由于水头高、流速大，或者水流表面或过流边界突变，造成大量的空气掺入水流中，此种局部区域或整体区域掺有大量空气的水流

自然掺气水流: 在水流流动过程中，过流边界与水流流态没有突变，仅靠水流紊动而使空气通过水面(水气交界面)进入水流，由此而形成的掺气水流

强迫掺气水流: 水流在流动过程中受到某种干扰，如过流边界突变(闸门槽、闸墩、通气槽等)、或水流流态突变(竖井溢洪道、水跃等)、或水流碰撞与交汇，由此而形成的掺气水流