（科學(xué)名詞）

高速水流是指因流速較高而出現(xiàn)空化、摻氣、沖擊波、強烈脈動等一種或多種特殊現(xiàn)象的水流。出現(xiàn)高速水流現(xiàn)象的界限流速，隨水流條件、邊界條件以及不同特殊現(xiàn)象等因素而變。

中文名

高速水流

表達式

σ>σcr

應(yīng)用學(xué)科

物理學(xué)

最高流速

界限流速

空化 　液體內(nèi)局部壓強降低時，液體中未溶微氣泡（空化核）迅速長大而形成空泡的現(xiàn)象。天然液體中都含有空化核，高速水流可導(dǎo)致液體局部壓降而形成空化?？栈癄顟B(tài)可用空化數(shù)σ描述，其表達式為：

式中p∞及υ∞分別為來流壓強及流速；ρ為液體密度；pv為相應(yīng)液體溫度下的飽和蒸汽壓強。臨界狀態(tài)時的空化數(shù)稱臨界空化數(shù)σcr它又可分為初生空化數(shù)σi（未空化過渡到出現(xiàn)空化的臨界狀態(tài)）及消失空化數(shù)σd（已空化過渡到空化消失的臨界狀態(tài))。臨界空化數(shù)隨流動的邊界條件等而異。對于平順光潔的邊界，臨界空化數(shù)較小。當(dāng)水流的空化數(shù)σ與相應(yīng)流動邊界的臨界空化數(shù)σcr相比較后，即可判明空化是否發(fā)生。σ≤σcr，發(fā)生空化；σ>σcr，不發(fā)生空化。

水流發(fā)生空化后,若下游動水壓強升高,則空化消失，空泡潰滅，并形成極高的沖擊壓強。若空泡在固體邊界附近潰滅,高壓沖擊招致材料的剝蝕損壞,則稱為空蝕?？栈€會招致振動、噪聲和機械效率降低等后果。

空化現(xiàn)象于20世紀初最先在船舶螺旋槳中發(fā)現(xiàn)，30年代后在高水頭泄水建筑物中大量呈現(xiàn)。在設(shè)計高水頭泄水建筑物時，要注意避免過低的局部壓降而出現(xiàn)空化，可在可能出現(xiàn)的空化區(qū)通入空氣以緩沖空泡潰滅時的沖擊，減免對邊界材料的空蝕破壞。

摻氣 　高速明渠水流的水、氣界面附近向水體中自動摻入空氣的現(xiàn)象。摻氣水流為氣、液兩相流，常發(fā)生在陡槽及溢流高壩的泄流中。

水流摻氣的成因，主要有表面波破碎而招致?lián)綒饧拔闪鬟吔鐚影l(fā)展到水面而形成摻氣等兩種觀點。前者把水流自由表面的摻氣看成是波浪現(xiàn)象。當(dāng)流速足夠大時，導(dǎo)致水流表面波浪破碎，從而卷入空氣。后者認為水流摻氣是水質(zhì)點高度紊動的結(jié)果。由于水流表面的紊動，使水質(zhì)點的動能足以克服表面張力而躍離水面；水滴下落時卷入的空氣，又因水流內(nèi)部的紊動而挾入水面下一定深度。自槽底開始的紊流邊界層發(fā)展到水面時，即形成摻氣發(fā)生的條件。

摻氣開始發(fā)生的判別標(biāo)準和位置有不同的看法和計算公式，較常用的公式有：

式中l為摻氣發(fā)生斷面與陡槽進口斷面之間的距離（m）；h為摻氣發(fā)生斷面水深(m);q為單寬流量(m/s)。摻氣水流使水體膨脹,水深加大,因而增加邊墻及隧洞的工程量。但摻氣水流能增進泄水建筑物的消能效果，并能減免泄流邊界的空蝕破壞。

脈動 　在紊流中，空間各點的動水壓強、流速等水力要素都具有脈動的特性。對于高速水流，脈動更為強烈。脈動壓強甚至?xí)^時均壓強。脈動壓強增大了泄流邊界的局部瞬時荷載，提高了對結(jié)構(gòu)物的強度要求。由于脈動壓強值的周期性變化，當(dāng)水流脈動頻率與建筑物的自振頻率相近時，可招致輕型結(jié)構(gòu)(如閘門、拱壩)的振動。脈動壓強的負值使瞬時壓強大為降低，還會增大泄流邊界發(fā)生空蝕破壞的可能性。

沖擊波 　明渠急流邊界為非棱柱體（收縮、擴散、偏折、彎曲）時形成的特殊波動。它在縱、橫斷面上呈凹凸起伏，在平面上呈菱形，故又稱菱形波。形成沖擊波后的最大水深隨弗勞德數(shù)及邊墻偏折角的加大而增高。沖擊波使明渠水面局部壅高，從而要求邊墻加高；沖擊波使出口水流部分集中，增加消能困難。改善邊界體型或利用正、負擾動波互相干擾抵消的辦法，可以減免沖擊波。2100433B

黃艷梅為中國水利水電第五工程局有限公司副總經(jīng)理，從事水利水電工程施工多年，并獲得多項專利，其中高速水流特大泄洪洞施工關(guān)鍵技術(shù)就是其中之一。 2100433B

本書總結(jié)了溪洛渡泄洪洞施工中遇到的具體情況，結(jié)合靠前外已建成大型泄洪洞的破壞情況，采取相應(yīng)的施工對策，以緊密結(jié)合具體工程實踐的方式，分別論述了泄洪洞開挖、支護和混凝土襯砌的關(guān)鍵施工技術(shù)及混凝土溫控防裂措施。