急流、缓流和福劳德数

按边界条件的不同，液体流动可分为管道流和明渠流两种类型。前者是液体充满了管道的流动，为有压流；后者为液体（水介质）表面与大气接触的自由表面，如河道、水渠，是在重力作用下的流动，为无压流。流体流动的规律大多是研究管道流获得的，其规律经过校正也适用于明渠流。沉积学所研究的对象大多是明渠流，明渠水流中按流动强度可分为急流、缓流和临界流三种流态。

急流和缓流表示流体的流动强度。它们定性的区别可观察流水遇到障碍物（大石块、桥墩等）时的表现（图3-2），即缓流在障碍物处发生水面跌落，而障碍物上游水面发生壅高，并延伸到上游相当远处；而急流在障碍物处激起浪花，一涌而过，只在障碍物附近的水面有所升高，而对稍远的上游水面不发生任何影响。这表明缓流能将障碍物的干扰向上游传播，而急流只能引起局部干扰，不能向上游传播。

图3-2 急流（a）和缓流（b）遇到障碍物时的流动特点

（据华东水利学院，1979）

福劳德数（Fr）是判别流体流动强度的准则，表示为：

沉积学及古地理学教程

式中：Fr为福劳德数（Froude number）；V为流速；g为重力加速度；h为水深。福劳德数（Fr）是一个无量纲数。当Fr＝1时，说明水流受惯性力与重力作用相等，为临界流动状态；Fr＞1时，惯性力作用大于重力作用（惯性力起主导作用），水流为急流，也称高流态；当Fr＜1时，惯性力作用小于重力作用（重力起主导作用），水流为缓流，也称低流态。

由上述力学分析可看出，急流和缓流的变化受重力控制，故这种流态变化只出现在明渠流中，管道流中不存在，因为它不受重力影响。明渠条件下，若在水深10 m条件下，要求流速9.9m/s才能使Fr值达到1。这样高的流速在自然界中极为罕见，在浅水环境中，流速一般只有2m/s。因此，急流一般在局部地段或几厘米至几米的浅水条件下才出现。