【水利水电】陈灵利 教材精讲班教案 13-第1篇-第1章-1.2.7-水流形态及消能方式

1.2.7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。（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。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。非均匀流分为渐变流和急变流两种类型。（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。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。【强化练习】下列水流形态是紊流的是（）。A.B.C.D.答案：B解析：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掺，该流动形态为紊流。水库水位和隧洞闸门开度保持不变时，隧洞中的水流为（）。【2020】A.恒定流B.均匀流C.层流D.紊流答案：A解析：本题考查的是水流形态。当水库水位和隧洞闸门保持不变时，隧洞中的水流的所有运动要素都不会随时间改变，即为恒定流。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。二、消能与防冲方式底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能、水垫消能、空中对冲消能。（一）底流消能（18年单选）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。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）挑流消能溢流坝下游设置挑流坎，又称挑流鼻坎，形式有连续式和差动式两种。适用于坚硬岩基上的高、中坝。（三）面流消能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。一般不需要作护坦。（四）消力戽消能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。一般不需要作护坦。5.水垫消能拱坝泄流采用坝顶泄流或孔口泄流方式时，利用下游水深形成的水垫来消耗水流能量。6.空中对冲消能在狭窄河谷修建拱坝时，利用拱冠两侧对称设置溢流表孔或泄水孔，使两侧挑射水流在空中形成对冲，消耗能量，称为空中对冲消能。【强化练习】右图所示的消能方式属于（）。【2018】A.底流消能B.挑流消能C.面流消能D.消力戽消能答案：A解析：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。下列消能方式中一般不需要作