5、水流原理与特性深度解析

水流原理与特性深度解析

1. 雷诺数的计算

雷诺数可基于剪切速度和颗粒大小(或等效砂粗糙度 (k_s))来计算,被称为边界、颗粒或剪切雷诺数((Re^ )),其定义如下:
- (Re^
= U^ k_s / \nu) (2.37)
- (Re^
= U^ D / \nu) (2.38)
其中,(U^
) 是剪切速度,(D) 是颗粒大小,(\nu) 是运动粘度,(k_s) 是等效砂粗糙度。对于大多数明渠流所具有的完全湍流,边界雷诺数((Re^*))超过 100。

2. 摩擦系数

水流阻力会影响三个主要水流变量:平均流速、平均水深和平均坡度(通常取平均水面坡度)。除了 (U/U^ ) 之比外,冲积河道中常用的水流阻力系数还有达西 - 韦斯巴赫和曼宁摩擦系数。
-
曼宁系数 :是一个经验系数,定义为 (n = (d^{2/3} S^{1/2}) / U) (2.39),其中 (d) 以米为单位,(U) 以米每秒为单位。在直的、平底且床料大致均匀的河道中,(n) 可仅根据颗粒大小估算:(n_g = 0.048 D_{50}^{1/6}) (2.40),这里 (D_{50}) 以米为单位。
-
达西 - 韦斯巴赫摩擦系数 :具有坚实的理论基础且无量纲,定义为 (f = 8gdS / U^2) (2.41)。由剪切速度 (U^ ) 的定义及相关方程可得 (f = 8U^{*2} / U^2),以及 (1 / \sqrt{f} = 2.11 + 2.03 \log_{

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寂静夜空35
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