临界流的原理

Question

如题所述

Answer 1

临界流是缓流与急流两种流态的分界点，临界流时的断面平均流速称为临界流速，以表示。它与干扰波的波速（c)正好相等，即临界流是相当于弗劳德数的流动。此时，水流的惯性力作用与重力作用恰好相等。临界流时的水深称为临界水深，以表示。从能量角度来分析，以断面最低点为基准的断面单位能量或比能可写成
底坡较小（渠底与水平面夹角<6°)时，可简化为
可见，当断面形状尺寸和流量大小一定时，渠槽断面比能（）只是水深（h）的函数,且存在一最小值（见图）。通过对式（1)求一阶导数，令其为零，可得临界流是缓流与急流两种流态的分界点，临界流时的断面平均流速称为临界流速，以表示。它与干扰波的波速（c)正好相等，即临界流是相当于弗劳德数的流动。此时，水流的惯性力作用与重力作用恰好相等。临界流时的水深称为临界水深，以表示。
从能量角度来分析，以断面最低点为基准的断面单位能量
过水断面上并取a=1.0，上式可写作
这就是说，断面比能()最小时，,为临界流。临界水深()即相应于图中曲线的C点。因此，可用临界流的水力要素、来区分缓流和急流的流态。
对缓流，，，，相应于曲线的上支；对急流，，，，相应于曲线的下支。
以、分别表示临界水深()时相应过水断面面积和水面宽度，则任意形状断面临界水深计算式为
上式为的隐函数形式，需试算法求解。对矩形断面的临界水深计算式为
式中，q为单宽流量。