水力直径、水力半径、当量直径

1.质量力——某种力场作用在全部流体质点上的力，其大小和流体的质量或体积成正比。

2.连续介质——认为流体质点全部充满作战空间，没有间隙存在，其物理性质和运动要素都是连续分布的。

3.当量直径——把水利半径相等的远观直径定义为非圆管的当量直径。

4.渗流模型——在保持渗流区原有的边界条件和渗流量不变的条件下，把渗流看成是由液体质点充满全部渗流区的连续总流动。

5.边界层——高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层。

6.堰流——明渠无压缓流经某种障碍时，上有发生壅水，从障碍上溢流时水面跌落。

这一局部水流现象称为堰流。

7.流体质点——指微观上足够大，宏观上充分小的流体分子团。

8.理想流体——没有粘性、不可压缩的流体。

9.伯努力方程使用条件：（1）、不可压缩流体（2）、重力场（3）、恒定流（4）、过流断面是渐变流（5）、流量沿程不变（6）、Z1和Z2的取值是过流断面某一定点在同一基准面上的高度（7）、P1和P2可以都用绝对压强也可以都用相对压强。

10.明渠流动的条件：明渠均匀流只能出现在底坡不变、断面形状、尺寸、壁面粗糙系数都不变的长直顺坡渠道中。

11.明渠流动的特征：（1）、过断的形状、尺寸及水深沿程不变（2)、过水断面上的流速分布断面平均流速沿程不变（3）、总水头线、水面线及渠底线相互平行12.渗流模型——在保持渗流区原有的边界条件和渗透流量不变的条件下、把渗流看成是由液体质点充满全部渗流区的连续总流动，这就是渗流模型。

13.流线：某一确定时刻t，在流场中一定有这样的曲线存在，使得曲线上各点处的流体质点的流速都在切线方向，这样的曲线就叫做该时刻t的流线。

14.长管：在水力计算中，管道沿程阻力远远大于局部阻力，局部阻力可以忽略不计的管道15.水跃：明渠水流从急流过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水里现象，既在较短的渠段内水深从小于临界水深急剧地跃到大于临界水深的现象。

16.水跌：明渠水流从缓流过渡到急流，水面急剧降落的局部水力现象，即在不长的流段内水深从大于临界水深降落到小于临界水深。

水力直径水力半径当量直径The following text is amended on 12 November 2020.1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。

非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。

两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。

两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。

这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。

计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。

显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。

另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。

2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。

物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。

最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。

简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。

对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。

从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。

我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。

对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。

对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。

水力直径、水力半径、当量直径(2010-11-10 23:52:28)1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。

非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。

两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。

两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。

这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。

计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。

显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。

另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。

2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。

物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。

最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。

简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。

对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。

从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。

我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。

对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。

对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。

当量直径名词解释
当量直径是指在水力工程中常用的一个概念，是针对流体在管道中的流动时所引起的摩阻力进行分析与计算。

当量直径是指在特定流量下，具有相同流态（例如：充满管道截面）和相同能量损失特征的圆形管道所对应的直径。

这意味着，如果将圆形管道替换为具有不同几何形状的管道，但流体在这些管道中的流动特征与原始圆形管道相同，则这些非圆形管道可以有一个与之相等的当量直径。

当量直径的概念帮助了工程师在设计和计算管道系统时进行准确的流态和能量损失估算，以确保流体输送效率的优化和工程方案的可行性。

水力直径：圆管的话就是管径。

非圆管的话4倍截面积除以湿周。

(湿周指管道中被流体浸没的截面的周长，当然不包括流体面的长度)对于入口边界条件建议使用k-e方法，k=0.05V^2,e=0.09k^2或是0，V为实际入流速度。

现在有很多人都是人为给出turbulence intensity，这是很不合理的。

对于出口边界条件建议采用intensity and Hydraulic Diameter方法，尤其是当出现回流时候易于收敛，对于低Re建议使用intensity 用1%，高Re可用4-5%等，水力直径是按当量直径计算。

e=0是当入口流速是非常小的情况下考虑的。

intensity 采用1%是指Re数比较低，如4000左右等，而对于取4-5%时候Re数，如在50000左右等。

epsilon = k^1.5 / 0.03这也是一个经验公式~ 至于Iteration 说的0，我觉得应该是出口较宽大的时候才会出现的情况。

毕竟绝大多数实际情况中湍能耗散率不可能为0的~应该k=0.15（v*I）^2其中I是turbulence intensity，这样算出来比你给的公式少一个数量级，因为I是10^-2..1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。

非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。

两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。

两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。

这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。

计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。

显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。

当量直径计算公式当量直径指的是等效于圆形截面面积的直径。

在计算管道等直径时，我们通常使用以下公式来计算当量直径：当量直径（De）=(4×管道截面积)/(周长)为了理解这个公式的推导过程和应用，我们将对其进行详细解释。

首先，我们需要明确各个符号的含义：-当量直径（De）：等效于管道截面面积的直径，以米（m）为单位。

-管道截面积：管道内截面的面积，以平方米（m²）为单位。

-周长：管道内侧表面的周长，以米（m）为单位。

根据几何学的定义，当量直径可以视为一个与实际直径相等的圆形截面的直径，使其面积等于管道截面的面积。

这个公式的推导过程如下：1.假设管道的截面形状为一个矩形或正方形。

2.我们知道，矩形的面积可以通过长（L）与宽（W）相乘来计算：管道截面积=L×W。

3.通过测量矩形边的长度并求和，我们可以得到周长：周长=2×(L+W)。

4.然后，我们假设这个等效的圆形截面的直径为De，该圆形截面的面积可以通过圆的面积公式计算：圆形截面面积=π×(De/2)²。

现在我们可以使用上述公式计算当量直径：将上述两个等式相等，我们可以得到：π×(De/2)²=L×W根据管道截面的面积公式，L×W的值等于管道截面积。

所以，我们可得：π×(De/2)²=管道截面积通过进一步求解，我们可以将该等式化简为以下形式：De=(4×管道截面积)/(π×d)其中，d是实际直径。

上述公式是计算当量直径的基本方法。

它适用于各种管道形状，包括圆形、矩形、方形等。

根据上述公式，我们可以通过测量管道截面的实际直径和周长，计算出当量直径。

这对于确定管道的等效大小和对其进行设计和分析非常有用。

需要注意的是，上述公式只适用于理想条件下的计算。

在实际应用中，由于管道内部可能存在粗糙度或边界条件等因素的影响，计算结果可能会存在一定的偏差。

压强水头：其物理意义是单位重量液体具有的压强势能，简称压能流量：点位时间通过流束某一过流断面的流体量称为该断面的流量。

水头损失：总流单位重量流体平均的机械能损失称为水头损失孔口出流：容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流水力最优充满度：无压管道在满流之前（h<d），输水能力达到最大值，相应的充满度是水力最优充满度。

位置水头：某点在基准面以上的高度，可直接量测，称为位置高度或位置水头。

它的物理意义是单位重量液体具有的相对于基准面的重力势能，简称位能。

断面平均流速：总流过流断面上各点的流速u是不相等的，为了简化总流的计算，设想过流断面上的速度v均匀分布，通过的流量等于实际流量，该速度v定义为该断面的平均流速，v=Q/A沿程水头损失：犹豫沿程阻力做功而引起的水头损失称为沿程水头损失有压管流：流体沿管流满管流动的水力现象称为有压流管临界流：当明渠中流速等于微幅干扰波的传播速度，即v=c时，是缓流和急流两种流态的分界，这种流动状态称为临界流。

层流：当流体在流动过程中，一层套着一层呈层状流动，各层质点互不掺混，这种流态称为层流局部水头损失：管道入口、管径突然缩小及阀门处产生局部阻力引起的水头损失称为局部水头损失。

水击：在有压管道中，由于某种原因（如阀门突然启、闭，换向阀突然变换工位，水泵机组突然停车等），使水流速度突然发生变化，同时引起压强大幅度波动的现象，称为水击或水锤。

渗流模型：渗流模型是渗流区域的边界条件保持不变，略去全部土颗粒，认为渗流区连续充满流体，而流量与实际渗流相同，压强和渗流阻力也与实际渗流相同的替代流场。

等压面：流体中压强相等的空间点构成的面（平面或者曲面）称为等压面真空度：是指绝对压强不足当地大气压的差值，即相对压强的负值水力半径：过流断面面积与湿周的比值，称为水力半径收缩断面：在孔口断面流线并不平行，流束继续收缩，直至距孔径约为d/2处收缩完毕，流线趋于平行，该断面称为收缩断面。

一、流体力学及其研究对象流体：液体和气体的总称。

流体力学：是研究流体的科学，即根据理论力学的普遍原理，借助大量的实际资料，运用数学和实验方法来研究流体的平衡和运动规律及其实际应用的一门科学。

流体力学研究的对象：液体和气体流二、流体的力学特性1、流体与固体的区别主要在于受剪应力后的表现有很大的差异。

固体－－能承受剪应力、压应力、张应力，没有流动性。

流体－－只能承受压应力，不能承受拉力和剪力，否则就会变形流动，即流体具有流动性。

2、液体与气体的主要差别在于受压后的表现上的差异。

液体：受压后体积变化很小，常称不可压缩流体；液体的形状随容器的形状而变，但其体积不变。

气体：受压后体积变化很大，常称可压缩流体；气体的形状和体积都随容器而变。

注：气体的体积变化小于原体积的20%时，可近似看作不可压缩流体。

1.1.1流体的密度1、流体密度的定义及计算定义：单位体积流体的质量，以ρ表示，单位为kg／m3（1）均质流体：标态（2）混合流体：混合气体：混合液体：2、流体的密度与温度、压力的关系（1）液体：工程上，液体的密度看作与温度、压力无关。

（2）气体：与温度和压力有关。

理想气体：或工业窑炉：P=P0分析：t↑ρ↓；t↓ρ↑1.1.2流体的连续性流体的连续性：流体看成是由大量的一个一个的连续近质点组成的连续的介质，每个质点是一个含有大量分子的集团，质点之间没有空隙。

质点尺寸：大于分子平均自由程的100倍。

连续性假设带来的方便：(1）它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动。

(2)能运用数学分析的连续函数工具。

【例题】已知烟气的体积组成百分组成为：H2O12%，CO218%，N270%，求此烟气标态在及200℃的密度。

【解】200℃时的烟气密度：【例题】将密度为1600㎏/m3糖浆按1:1的质量比用清水稀释，求稀释后糖浆溶液的密度。

【解】按题意，糖浆和水各占50%，据公式：1.1.3流体的压缩性和膨胀性1.1.3.1流体的压缩性1、压缩性的定义流体在外力作用下改变自身容积的特性。