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异重流

[拼音]:yizhongliu

[外文]:density current

两种密度不同的流体因密度差异而产生的相对流动。又称密度流。水利工程中常见的异重流现象有:湖泊、水库及河流、渠道中的浑水异重流;感潮河口段的盐水楔异重流;火电厂取、排水口附近的温差异重流等。

异重流流动的动力是它的有效重力。单位异重流体的有效重力Δγ=g(ρ′-ρ)。式中ρ′为下层流体密度;为上层流体密度;g 为重力加速度。由于上下层流体密度相差不大,异重流有效重力是较小的,故异重流的流动必须有较大的能坡。以g′表示异重流有效重力加速度,g′=mg·g,mg=(ρ′-ρ)/ρ称为重力修正系数,反映了异重流区别于普通水流的特性。在异重流计算中,若以g′代替g,则明渠水流的许多计算公式都可以应用。由于mg是一个很小的值,故异重流流动中重力作用显著降低,惯性力和阻力作用相对突出,因此异重流又与一般明渠水流运动有许多不同的特点,如较易出现急流流态,能方便地越过障碍物和爬高等。

水库浑水异重流是入库挟沙水流潜入库底形成的。挟沙水流进入水库回水区后,随着水深和过水断面的增大,比降减小,水流流速和挟沙能力迅速降低,大部分粗颗粒泥沙在库尾区域沉积下来,形成三角洲淤积形态。挟带细颗粒泥沙的浑水(粒径小于 0.025mm)在一定条件下在三角洲前坡潜入库底形成异重流,并沿原河槽向坝前运动。如果在异重流到达坝前时能及时打开泄流底孔,就可将异重流排向下游河道,以减少水库泥沙淤积,延长其寿命。据研究,水库异重流形成条件为。式中v0和H0分别为潜入断面的流速和水深。能使异重流运动到达坝前的条件是:在持续运动时间内,河流必须保持一定的单宽流量、含沙量和必要的泥沙组成,同时还受库底坡降、阻力大小及潜入点到坝的距离长短等因素的影响。在恒定状态下,异重流流速为,厚度为。式中q为异重流单宽流量,λ′为异重流阻力系数;J0为库底坡降。

河渠浑水异重流是由于河渠中的挟沙水流潜入一端与河流连通,另一端呈封闭状态的“盲肠河段”内而产生的。如关闸期间闸前引水渠中的异重流,挡潮闸下游河段的异重流,低水头水利枢纽引航道内的异重流等。异重流形成后,沿河底向“盲肠河段”内流去,泥沙沿程落淤,分离出来的清水则循相反方向返回河流,形成清浑水分层相向流动。河渠异重流是造成“盲肠河段”泥沙淤积的主要原因,但是这种异重流水深不大,流速较小,若有一定水流流向口门,就能限制异重流的发展,减少泥沙淤积。

参考书目钱宁、范家骅编著:《异重流》,水利出版社,北京,1958。参考文章垂向异重流式水沙分离鳃水沙分离机理浅析废水治理

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