
【化】 hydraulic radius
水力半径(Hydraulic Radius)是流体力学中用于描述过水断面特征的关键参数,定义为过水断面面积(A)与湿周(P)的比值,其公式表达为:
$$
R_h = frac{A}{P}
$$
其中,湿周指流体与固体边界接触的周界长度。该参数在明渠流动、管道设计及环境工程中广泛应用,用于评估水流效率与能量损失。
从汉英词典视角,中文“水力半径”对应英文术语“hydraulic radius”,两者定义核心一致,均强调几何特征对流动阻力的影响。例如,英文技术文献中常指出,水力半径在非圆形管道计算中可替代传统半径概念,而中文教材则侧重其在梯形、矩形渠道设计中的实用性(来源:《水力学基础》,高等教育出版社)。
权威工程手册进一步阐释,水力半径与曼宁公式(Manning Formula)结合可计算明渠平均流速,其关系式为:
$$
v = frac{1}{n} R_h^{2/3} S^{1/2}
$$
式中,n为粗糙系数,S为水力坡度(来源:美国土木工程师学会《流体力学应用指南》)。该参数的实际意义在于,通过量化水流与边界的相互作用,为防洪工程、排水系统设计提供理论依据。
水力半径是水力学中的重要概念,用于描述流体在管道或渠道中的流动特性。以下是综合多个权威来源的详细解释:
水力半径(Hydraulic Radius)指输水断面的过流面积(A)与湿周(χ)的比值,公式为: $$ R = frac{A}{chi} $$ 其中,湿周(χ)是过水断面中水流与固体边界接触的周界长度。例如,圆形管道的水力半径计算为直径的1/4(若直径为d,则水力半径$R = d/4$)。
湿周反映了流体与边界的接触范围,直接影响流动阻力。例如,在相同过流面积下,矩形渠道的湿周大于圆形管道,因此水力半径更小,输水效率更低。
水力直径(Hydraulic Diameter)是水力半径的4倍,即: $$ D_h = 4R = frac{4A}{chi} $$ 它用于非圆形管道的雷诺数计算,而水力半径更常见于明渠水流分析。
断面形状 | 过流面积(A) | 湿周(χ) | 水力半径(R) |
---|---|---|---|
圆形管道 | $pi d/4$ | $pi d$ | $d/4$ |
矩形渠道 | $b cdot h$ | $2h + b$ | $(bh)/(2h + b)$ |
如需更完整的公式推导或工程案例,可参考水力学教材或专业文献。
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