压力流和重力流

压力流和重力流

压力流；周围被约束、没有自由表面(液体和气体的分界面)的液体流动。最常见的压力流是满管流（见管流），即液体充满管道的流动。液体未充满管道的流动遵循无压流的规律。压力流按其流动特性是否随时间改变可分为定常压力流和非定常压力流。

定常压力流 流动特性不随时间改变的压力流。研究定常压力流的目的在于找出管道特性和流动特性之间的关系，这种关系随流动状态而不同。在直线圆形管道中，如流动特性不沿流程改变则称为均匀流，这时流动状态随管道雷诺数Re=vD/ν而改变,式中v为平均流速,D为管道直径,ν为运动粘性系数。雷诺数小于2000时为层流；向湍流过渡的雷诺数在2000～4000之间；4000以上为湍流。定常压力流的流动特性和管道特性之间的关系，可参见管流。

非定常压力流 流动特性随时间改变的压力流。管道阀门启闭，水力机械启动、负荷改变或停机过程中的流动皆是不定常压力流。若关闭或停机的速率很快，由于水流的惯性，液体将被压缩而产生水击。分析这一流动时必须考虑液体的可压缩性。

分析可压缩非定常压力流时,常用平均流速v、压力p、管道横截面积A、密度ρ等量,并将流动简化为一维问题。这时流动特性是距离s和时间t的函数。连续性方程为：。

运动方程为：+Aρ|v|v/2D=0。

上式中z为管道高程；f为摩擦系数，它是雷诺数Re和管道内壁相对粗糙度 ε/D的函数(见管流)；第四和第五项分别代表重力和管壁摩擦阻力的作用。液体受压缩时的状态方程为，由此推出：,

式中K 为液体的体积弹性模量。如果不考虑管壁的惯性，则弹性圆形管道的变形方程为，由此推出：,

式中δ为管壁厚度；E为管壁材料的弹性模量。略去高阶小量后可得出下列方程组：,

, 式中c为压力波传播速度。这是一组双曲型微分方程,可用有限差分方法或特征线法进行数值计算。应用这些方程可计算水击压力。

重力流；由重力而引起的气流和水流。

所谓重力流就是没有压力的情况下，完全依靠排水管道的倾斜坡度（高差）重力自流。简言之，就是水在没有人为的动力下，由上而下的流动。

重力流（turbidity current）的概念是非牛顿流体，由沉积介质与沉积物混为一体和整体搬运（又称密度流和块体流，整体混浊度大），以悬移方式搬运为主。（弥散有大量沉积物的高密度流体）。

目录

沉积物重力流

牵引流与重力流

重力流雨水斗

沉积物重力流

又称沉积物流(sediment flow)、惯性流(inertia flow)、高密度悬浮液(high concentration dispersion)。沉积物和液体的混合流的总称。根据颗粒支撑的机理，分四种沉积物重力流类型：①碎屑流(颗粒由杂基支撑)；②颗粒流(颗粒间的相互作用分散压力支撑)；③液化沉积物流(由排泄孔隙流体造成)；④浊流(由流体紊流造成)。在沉积物重力流中，颗粒不仅呈悬浮状态移动，而且还有床沙载荷拖曳移动；沉积物重力流的扩散运动，也将其上流体拖曳向前。因此，沉积物重力流与流体重力流(牵引流)之间是过渡的，没有绝对的界限。另外在沉积物重力流中颗粒悬浮支撑的机理，也不是单一的，而是流动的紊流、分散压力、孔隙流体逸出以及浮力综合作用，形成复合支撑。其中最重要、分布最广的是碎屑流和浊流。根据颗粒支撑机理的沉积物重力流分类。

牵引流与重力流

水和大气是搬运和沉积介质，它们都是流体。

流体有两种基本类型：牵引流与重力流。

牵引流和重力流的流体力学性质、流体与颗粒的力学关系都有差异，从而形成不同的沉积特征。

牵引流（tractive current）的概念：current in standing water that transports sediment along the bottom，as in a river，contrasted with turbidity current 。

牵引流是牛顿流体，属静水流（弱水流）作用的流体，能沿沉积底床搬运沉积物的流体。包括河流、海流、波浪流、潮汐流、等深流、大气流等。

重力流（turbidity current）的概念：是非牛顿流体，由沉积介质与沉积物混为一体和整体搬运（又称密度流和块体流，整体混浊度大），以悬移方式搬运为主。（弥散有大量沉积物的高密度流体） 。

牵引流的搬运力：

（1）作用在沉积物上的推力(牵引力)，推力主要取决于流速，推力愈大则能搬运的沉积物颗粒愈大；

（2）负荷力(或称载荷力)，主要取决于流量，负荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。

实例：山间急流可以搬运达几十吨重的巨石，但搬运量较小；长江每年能搬运9.7亿吨泥砂，却不能推动一块大的砾石。

重力流的搬运力，由水与沉积物高度混合（高密度流体），在重力作用下（在斜坡，位能大于沉积物内部凝聚力或摩擦阻力时），使混合的流体整体移动。

约翰逊将高密度重力流称作“浊流”。

重力流的平均流速比相应规模的牵引流要小，因为重力流的密度高，同时，在上界面产生了摩擦引起附加阻力。浊流的最大流速不超过30m/s，大陆斜坡上5～7m/s，深海平原4m/s。

随着距离增大，浊流可与上覆水体混合而降低其密度，流速降低，使运载的悬浮物下沉，密度也就降低。重力流随着密度降低，可向牵引流转变。