1、明渠水流基础概念与分类解析

明渠水流基础概念与分类解析

在水利工程和流体力学领域，液体的输送通常借助自然或人工建造的输送结构，这些结构的顶部可能是开放的，也可能是封闭的。顶部封闭的结构被称为封闭管道，如隧道和管道；而顶部开放的则是明渠，像河流、溪流和河口等。明渠或具有自由表面的封闭管道内的流动被称为自由表面流或明渠流，下面将详细介绍其相关的基本概念、分类等内容。

1. 基本定义

• 明渠流与自由表面流 ：这两个术语在本文中可互换使用，自由表面通常承受大气压力，而地下水或地下水流不在本次讨论范围内。
• 管道流或压力流 ：当没有自由表面且管道充满液体流动时，这种流动被称为管道流或压力流。
• 混合流 ：在封闭管道中，不同时间可能出现自由表面流和压力流，也可能在同一时间不同管段出现这两种流动。例如，暴雨下水道在某些时候可能是自由表面流，但突然的暴雨导致大量流入时，下水道可能会充满水并产生压力流。

2. 流动分类

• 稳定流与非稳定流
  • 定义 ：如果给定点的流速不随时间变化，则为稳定流；反之，流速随时间变化的就是非稳定流。稳定流中局部加速度(\frac{\partial v}{\partial t})为零，在二维或三维稳定流中，流速所有分量的时间变化都为零。
  • 转换情况 ：在某些情况下，可以通过相对于移动参考系设置坐标，将非稳定流转换为稳