建造師一級水利水電講義之水流形態(tài)
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1F411023 了解水流形態(tài)及消能方式
一、水流形態(tài)
從描述水流的不同角度出發(fā)，水流形態(tài)主要包括：恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流、層流與紊流。
水流形態(tài)
恒定流 流場中任何空間上所有的運動要素不隨時間改變
非恒定流 有任何一個運動要素隨時間改變
均勻流 水流的流線為相互平行的直線
非均勻流 不是相互平行的直線
漸變流 水流的流線幾乎近于平行
急變流 流線間夾角很大或流線曲率半徑很小
層流 水流流速較小各流層液體有條不紊地運動互不混摻
紊流 水流的流速較大，形成渦體，相互混摻
二、能量轉換
根據(jù)能量守恒原理，恒定水流的能量方程為：
能量轉換
伯努力能量方程
（1F411023）
位能、壓能、動能―可以相互轉換―兩個斷面間能量守衡
三、消能方式
修建閘、壩等泄水建筑物后，下泄的水流往往具有很高的流速。動能比較大，為了減小對下游河道的沖刷，采取的消能方式有：底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能。
（一）底流消能
如圖1F411023－1所示，是利用水躍消能，將泄水建筑物泄出的急流轉變?yōu)榫徚鳎韵嘤鄤幽艿南芊绞?。它主要是靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾與底部高流速的主流間的強烈紊動、剪切和摻混作用。該法具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好，對地質條件和尾水變幅適應性強以及水流霧化很小等優(yōu)點，多用于低水頭、大流量、地質條件較差的泄水建筑物。但護坦較長，土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價較高。該法對地質條件的要求較低，既適用于堅硬巖基，也適用于較軟弱或節(jié)理裂隙較為發(fā)育的巖基。
（二）挑流消能
如圖lF411023－2所示，是利用溢流壩下游設置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后擴散的摻氣水流跌落到壩下游河道內，在尾水水深中發(fā)生漩渦、沖擊、摻攪、紊動、擴散、剪切，以消除能量。但跌落的水流仍將沖刷河床，形成沖刷坑，在沖刷坑中水流繼續(xù)消能。適用于堅硬巖基上的高、中壩。
（三）面流消能
如圖1F411023－3所示，當下游水深較大且比較穩(wěn)定時，利用鼻坎將下泄的高速水流的主流挑至下游水面，在主流與河床之間形成巨大的底部旋滾，旋滾流速較低，避免高速水流對河床的沖刷。余能主要通過水舌擴散、流速分布調整及底部旋滾與主流的相互作用而消除。高流速的主流位于表層。適用于中、低水頭工程尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅較小，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作護坦。
（四）消力戽消能
如圖1F411023－4所示，是利用泄水建筑物的出流部分造成具有一定反弧半徑和較大挑角所形成的戽斗，在下游尾水淹沒挑坎的條件下，形不成自由水舌，高速水流在戽斗內產(chǎn)生激烈的表面旋滾，后經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至水面。并通過戽后的涌浪及底部旋滾而獲得較大的消能效果。適用于尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅較小，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作護坦。
1F411030 水利水電工程建筑材料
1F411031 掌握建筑材料的類型
建筑材料是指建造各種工程時所應用的材料。
一、建筑材料按其物化性質分類
建筑材料按其物化性質可分為無機非金屬材料、金屬材料、有機質材料三類。
（一）無機非金屬材料
又常稱為礦物質材料，包括天然石料、燒土制品、無機膠凝材料。
1．無機膠凝材料：分為氣硬性和水硬性的兩類。
（1）氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，并保持或繼續(xù)提高其強度，屬于這類材料的有石灰、石膏與水玻璃等。只能用于地面上干燥環(huán)境的建筑物。
（2）水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中而且能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)提高其強度，屬于這類材料的有硅酸鹽水泥及其他品種的水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。
2．天然石料按形成條件的不同，分為巖漿巖、沉積巖、變質巖三大類。石料按其開采加工程度的不同分為：細石料、粗石料、毛料石（塊石）、亂毛石（片石）等。
（二）金屬材料
包括黑色金屬材料和有色金屬材料兩大類。
1．黑色金屬材料：是指以鐵元素為主要成分的金屬及其合金材料，是鋼和生鐵的總稱。
2．有色金屬材料：是指黑色金屬材料以外的金屬及其合金材料。在水工建筑中常用的有色金屬是銅和銅的合金及鋁的合金。紫銅片是水工建筑中常用的止水材料。
（三）有機質材料
包括木材、竹材、瀝青材料和合成高分子材料等。
1．瀝青材料：是有機膠凝材料，由許多高分子碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的復雜混合物。它能溶于二氧化碳等有機溶劑中；在常溫下呈固體、半固體或液體狀態(tài)；顏色為褐色或黑褐色。瀝青材料具有良好的憎水性、粘結性和塑性，能抵抗酸堿侵蝕，抗沖擊性能較好。常分為地瀝青和焦油瀝青。
（1）地瀝青：按產(chǎn)源可分為天然瀝青和石油瀝青。石油瀝青按制造工業(yè)不同，可分為直餾瀝青、氧化瀝青和裂化瀝青三種：•
（2）焦油瀝青：可分為煤瀝青、木瀝青、頁巖瀝青、泥炭瀝青等。
2．木材：普通分為軟木材和硬木材。
（1）軟木材：即針葉樹材，材質輕軟，易于加工，密度和脹縮變形較小，且有較高的強度。是建筑上常用的主要承重結構的木材，如松、杉、柏等。
（2）硬木材：即闊葉樹材，材質堅硬，加工較難，一般較重，且脹縮、翹曲、裂縫等都較針葉樹顯著，如榆、槐、櫟等。
3．合成高分子材料：分為合成樹脂、塑料、合成橡膠、合成纖維等。
（1）合成樹脂：按其形成時的反應不同，分為聚合樹脂和縮聚樹脂兩種。按在熱作用下所表現(xiàn)的性質不同，又分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。
（2）塑料：分為熱塑性和熱固性兩種。水工建筑中常用的塑料多是聚乙烯和聚氯乙烯制品。
（3）合成橡膠：多是以兩種以上的單體縮聚而成的具有高度彈性的材料。橡膠止水帶是鋼筋混凝土地下建筑物、水壩、貯水池等永久縫的止水材料。
（4）合成纖維：可制作纖維塑料、纖維混凝土、纖維繩等。
二、建筑材料按材料來源分類
建筑材料按材料來源可分為天然建筑材料和人工材料兩類。
1．天然建筑材料，如常用的土料、砂石料、石棉、木材等及其簡單采制加工的成品（如建筑石材等）。
2．人工材料，如石灰、水泥、瀝青、金屬材料、土工合成材料、高分子聚合物等。
三、建筑材料按其功能分類
建筑材料按其功能分類為結構材料、防水材料、膠凝材料、裝飾材料、防護材料、隔熱保溫材料等。
1．結構材料，如混凝土、型鋼、木材等。
2．防水材料，如防水砂漿、防水混凝土、鍍鋅薄鋼板、紫銅止水片、膨脹水泥防水混凝土、遇水膨脹橡膠嵌縫條等。
3．膠凝材料，如石膏、石灰、水玻璃、水泥、混凝土等。
4．裝飾材料，如天然石材、建筑陶瓷制品、裝飾玻璃制品、裝飾砂漿、裝飾水泥、塑料制品等。
5．防護材料，如鋼材覆面、碼頭護木等。
6．隔熱保溫材料，如石棉紙、石棉板、礦渣棉、泡沫混凝土、泡沫玻璃、纖維板等。
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