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第 17 卷 第 6 期 水 科 学 进 展 Vol17 ,No6
2006 年 11 月 ADVANCES IN WATER SCIENCE Nov. , 2006
明渠水流自由面失稳与滚波发育研究
1 1 2
王玉海 , 喻国华 , 胡彦君
( 1 南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室 , 江苏 南京 210029 ;
2 河北科技大学材料科学与工程学院 , 河北 石家庄 050054)
( )
摘要 : 滚波 roll wores 是明渠均匀水流自由面失稳后发育的一系列波动现象 。它的发生会带来诸多不利后果 , 如溢
( )
流 、掺气 、对河 渠 道水工建筑物的超负荷压力或应力等 。滚波具有浅水长波的特征 , 因而利用一维浅水方程开展
滚波问题的研究 ,取得了丰富的成果 : 如判定 自由面稳定性的临界弗劳德数 、演化方程的理论解及试验 、数值研究
( )
等 。构建能够更好地刻画滚波波动特征的理论模型 , 研究浑水 、动床 包括床面变形 条件下滚波的形成及其演化规
律 , 是今后滚波研究的一个重要方向。
关 键 词 : 明渠水流 ; 自由面 ; 稳定性 ; 滚波 ; 浅水方程 ; 动床
( )
中图分类号 : TV143 ; G35311 文献标识码 : A 文章编号 : 2006
恒定 、均匀的明渠水流 , 在一定临界条件下 , 其表面常常会失稳而发育一系列的波动过程 。这些波动可能
是周期性的 , 波速和波形都保持不变 , 并且波速始终大于水流质点的运动速度[ 1] ; 另一方面 , 波动也可能是非
周期性的 , 波形和波速在传播的过程中不断发生演化 , 最终发生破碎 。这两类波动现象统称为滚波 。滚波常见
于水电站的泄水陡槽和大坝的溢洪道 , 河流的行洪道 , 引水渠等 。滚波的出现会带来一系列不利的后果 , 例如
( )
水流从恒定流变为非恒定流 ; 波峰处的水深超过河 渠 道的设计水深 , 造成溢流 ; 强烈的水流掺气作用 , 造成
[2 ] ( )
雾化现象 ; 同时对河 渠 道上的水工建筑物造成超负荷的压力或者应力等等 。因此 , 研究滚波形成的临界条
件及其演化规律 , 对于工程实践中如何消除滚波以及相关学科的理论研究 , 例如动床阻力和水流输沙等都有着
重要意义 。
1 自由面稳定性标准
滚波既可以由均匀层流失稳后形成 ,
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