
【化】 mean hydraulic radius
average; counterpoise; equilibration; evenness
【醫】 Av.; average
【經】 avg.
【化】 hydraulic radius
平均水力半徑(Mean Hydraulic Radius)是流體力學與水利工程中的核心參數,定義為過水斷面面積(A)與濕周(P)的比值,公式表示為: $$ R_h = frac{A}{P} $$ 其中濕周指流體與固體邊界接觸的周界長度。該參數綜合反映了河道、管道等輸水結構的幾何特征對水流阻力的影響。
在英文語境中,該術語常見于《Hydraulic Engineering Handbook》(美國土木工程師學會,2022版)的明渠流動章節,被描述為"a measure of flow efficiency in open channels"。中文權威文獻《水力學》(清華大學出版,第5版)指出,平均水力半徑在曼甯公式計算中起關鍵作用,直接影響流速與流量的推算精度。
該參數的應用場景包括:城市排水管網設計(需考慮不同管徑的濕周變化)、自然河道洪水演進模型(需分段計算平均水力半徑)、灌溉渠道優化(通過調整斷面形狀改變水力效率)等。國際水力學協會(IAHR)建議在非規則斷面中采用積分法分段計算平均值,以提升水文模型的準确性。
平均水力半徑是水力學中用于描述流體在特定流動條件下綜合水力特性的參數,其核心概念基于水力半徑的定義,并通過對不同斷面的數值取平均來反映整體特性。以下是詳細解析:
section*{1. 定義基礎} 水力半徑(R)定義為過流斷面面積(A)與濕周(χ)的比值,公式為: $$ R = frac{A}{chi} $$ 其中,濕周指流體與管道或渠道接觸的邊界總長度。平均水力半徑則是在多個斷面或流動過程中,對各斷面水力半徑進行平均後的綜合值。
section*{2. 應用場景} • textbf{複雜流動系統}:如河流分段或變截面管道,需計算不同斷面的水力半徑後取平均 • textbf{非圓形管道設計}:當量直徑(4倍水力半徑)常用于雷諾數計算,平均水力半徑可輔助簡化非規則截面流動分析
section*{3. 計算方法} 平均值的計算方式取決于工程需求:
section*{4. 注意事項} • 需明确平均範圍(空間平均或時間平均) • 在湍流計算中,平均水力半徑需結合雷諾數修正 • 濕周計算需精确獲取接觸邊界長度,尤其對非規則截面
section*{5. 曆史淵源} 該概念源自水力學發展中對非圓形管道的流動研究,最早可追溯至20世紀初期對明渠水流規律的探索。現代應用中,它與當量直徑共同構成非圓管流動計算的基礎參數體系。
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