水流原理与特性解析
1. 均匀流条件下的水头损失与能量耗散
在恒定流深度(用 y1 和 y2 表示)和恒定速度(U)沿特定河段的条件下,水头损失成为沿河道高程下降(z)的函数。在均匀流条件下,河道的坡度代表了由于摩擦阻力使能量以热量形式耗散的速率。
2. 水流类型
2.1 粘性与流动关系
- 粘性定义 :粘性代表流体抵抗变形的能力。分子(或动态)粘性可定义为流体抵抗导致流动的力的内摩擦力,其维度特征为 [M L⁻¹ T⁻¹]。
-
粘性公式 :施加的力、剪切速率和变形阻力(或分子粘性)之间的关系可以用以下公式总结:
[
\tau = \mu \frac{du}{dy}
]
其中,(\tau) 是剪应力,(\mu) 是动态粘性,(du) 是速度变化,(dy) 是高度变化。对于给定的施加力,动态粘性越大,流体内部的变形(或速度梯度 (du/dy))越小。水的动态粘性对温度变化非常敏感,具体数据如下表所示:
| T (°C) | μ (g cm⁻¹ s⁻¹) |
| ---- | ---- |
| 0 | 0.018 |
| 10 | 0.0131 |
| 20 | 0.00998 | -
运动粘性 :粘性也可以用从长度和时间单位导出的运动学项表示。运动粘性((\nu))定义为分子粘性与流体密度的比值:
[
\nu = \frac{\mu}{\rho}
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