2、流体力学基础：从基本概念到模型应用

流体力学基础：从基本概念到模型应用

1. 基本概念

在流体力学中，对于层流和紊流的区分十分关键。在进行水力模型研究时，选择合适的几何尺度至关重要，需确保模型上的水流深度不过小。若模型上的水流深度过小，即便原型水流为紊流，模型上也可能出现层流，导致能量损失模拟不准确，使模型结果不可靠。

1.1 水流类型

根据水流速度与重力波速度的关系，水流可分为临界流、亚临界流和超临界流：
- 临界流 ：当水流速度等于小振幅重力波的速度时，称为临界流。重力波可由水流深度变化产生。
- 亚临界流 ：水流速度小于临界速度的水流。
- 超临界流 ：水流速度大于临界速度的水流。

水流类型也可通过弗劳德数（Fr）来判断，弗劳德数是惯性力与重力的比值。对于矩形渠道，弗劳德数定义为：
[Fr = \frac{V}{\sqrt{gy}}]
其中，(y) 为水流深度。根据弗劳德数的值，水流分类如下：
- (Fr < 1) 时，为亚临界流；
- (Fr = 1) 时，为临界流；
- (Fr > 1) 时，为超临界流。

1.2 渠道术语

渠道可分为天然渠道和人工渠道，不同类型的人工渠道有不同的名称：
- 运河 ：通常在地面开挖的长而坡度较缓的渠道。
- 水槽 ：由木材、金属或混凝土制成，架设在地面以上的渠道。
- 陡槽