1F411029  水流形态及消能方式

　　一、水流形态

　　从描述水流的不同角度出发，水流形态主要包括：恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、层流与紊流、急流与缓流。【注：八种四对】

　　(一)恒定流与非恒定流

　　1.恒定流

　　流场中任何空间上所有的运动要素(如时均流速、时均压力、密度等)都不随时间而改变的水流称为恒定流。

　　2.非恒定流

　　流场中任何空间上有任何一个运动要素随时间而改变的水流称为非恒定流。

　　(二)均匀流与非均匀流

　　1.均匀流

　　当水流的流线为相互平行的直线时的水流称为均匀流。

　　均匀流的过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变;均匀流中，同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等;均匀流在同一过水断面上各点测压管水头为一常数。

　　2.非均匀流

　　当水流的流线不是相互平行的直线时的水流称为非均匀流。

　　按照流线不平行和弯曲的程度，可将非均匀流分为渐变流和急变流两种类型。

　　(1)渐变流：水流的流线虽然不是相互平行的直线，但几乎近于平行直线时的水流称为渐变流。

　　(2)急变流：当水流的流线之间夹角很大或者流线曲率半径很小时的水流称为急变流。

　　(三)层流与紊流

　　1.层流

　　当流速较小，各流层的液体质点有条不紊地运动，互不混搀，该流动形态为层流。

　　2.紊流

　　当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中互相混搀，该流动形态为紊流。实际工程中紊流是最为常见的流态，如闸后、跌水、泄水、水轮机中的水流均为紊流。

　　(四)急流与缓流

　　1.急流

　　当水深小于临界水深，佛汝德数大于1的水流，称为急流。

　　【注：佛汝德数是水力学中的一个术语，即流体内惯性力与重力的比值。】

　　急流表现形态为：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。因此，当急流受到建筑物或其他障碍物作用时，其干扰作用只影响下游，不影响上游。

　　2.缓流

　　当水深大于临界水深，佛汝德数小于1的水流，称为缓流。缓流表现形态为：当水流遇到障碍物时，障碍物对水流的干扰可向上游传播，表现为上游的水位壅高。

　　二、能量转换

　　量水体的机械能，分别为位能、压能和动能。位能、压能和动能在水体流动过程中是可以互相转化的。

　　明渠均匀流中，压能、动能不变，而位能逐渐减小，是由于克服阻力，产生沿程水头损失。水库(水闸等)泄水，水流从泄水口喷射而出，位能转化为动能。

　　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.底流消能是利用水跃消能，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。

　　2.该法具有流态稳定、消能效果较好，对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，多用于低水头、大流量、地质条件较差的泄水建筑物。既适用于坚硬岩基，也适用于较软弱或节理裂隙较为发育的岩基。

　　(二)挑流消能

　　1.挑流消能利用溢流坝下游设置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后扩散的掺气水流跌落到坝下游河道内，在尾水水深中发生漩涡、冲击、掺搅、紊动、扩散、剪切，以消除能量。

　　2.适用于坚硬岩基上的高、中坝。

　　(三)面流消能

　　1.当下游水深较大且比较稳定时，利用鼻坎将下泄的高速水流的主流挑至下游水面，在主流与河床之间形成巨大的底部旋滚，旋滚流速较低，避免高速水流对河床的冲刷。

　　2.适用于中、低水头工程尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅较小，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。

　　(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径和较大挑角所形成的戽斗，在下游尾水淹没挑坎的条件下，形不成自由水舌，高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，后经鼻坎将高速的主流挑至水面。

　　2.适用于尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅较小，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作