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位置水頭
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在流場中某一點之高程與基準面高程之差,稱為位置水頭。位置水頭是代表單位重量的流體由基準面抬昇到流場中某一點時,抬昇的外力為克服重力作用而必須做的功。換句話說,該單位重量的流體由某點降落到基準面時所能做出的功。在理想流體情況下,若流場某點之總能量、壓力及流速為已知,則由伯努力方程式,可求得位置水頭:
其中,z為位置水頭;H為總能量水頭;p/γ為壓力水頭;p為壓力;γ為單位體積之流體重;V2/2g為速度水頭;V為流速;g為重力加速度。上式各項之關係如圖所示。 |
能量水頭
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能量水頭是單位重量之水體所具有之能量,以長度單位表示。包括位能水頭、壓力水頭及動能水頭三部分,在流體流動的過程中,水流阻力(來自邊壁及河床之粗糙度及水中挾帶之懸浮物質等)、流路之束縮、擴張及水躍等,皆會消耗能量,使能量水頭減小。
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有效水頭
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有效水頭又稱淨水頭,乃是兩任意點間之總水頭差值。在水力發電中,有效水頭常被用來表示渦輪機前與尾水之間之總水頭差值。
當渦輪機之管嘴暴露於大氣中(無尾水)時,其有效水頭(he),等於壓力水頭(p/γ),與速度水頭(V2/2g)之和,亦即: |
動水頭
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係指在水流動下之水頭。以泵系統為例,又可分為:
1.動吸水頭(dynamic suction head):指從泵吸水端中心線與其正上方水力坡降線(hydraulic grade line)某點間之距離。2.動放水頭(dynamic discharge head):指從泵放水端中心線與其正上方水力坡降線間之距離。3.總動水頭(total dynamic head):指泵放水端與吸水端水力坡降線間高度差。總動水頭表泵將水從一點打到另一點所需加諸於水之能量。 |
摩擦水頭
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在流體力學,尤其是管流與渠流的應用中,經常會將上、下游兩斷面的能量關係簡化寫成:
其中,p為壓力;γ為流體單位重;V為速度;g為重力加速度;Z為高程;下標1和2則分別代表上、下游斷面;hf為摩擦水頭。利用此簡化的式子,可以很迅速、方便地判斷流體運動的水頭損失情況。 通常並不直接計算摩擦水頭,而是先計算達西摩擦因子(f),再推出摩擦水頭。此著名的關係式即稱作達(西),魏(斯巴)(Darcy-Weisbach)公式, 其中,L為流路長度;D為水力直徑。 |
重力水頭
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一無黏滯性流體沿著一條流線(streamline),以穩定方式流動的運動方程式可以寫成:
式中每一項的單位是每單位質量有多少能量。若流體密度為常數時,則又可以底下的式子表示: 式中的單位為每單位重量有多少能量,其中V2/2g稱為速度頭(velocity head);P/ρg為壓力頭(pressure head);和Z為位勢頭(potential head),又稱為重力水頭(gravity head)。 |
測壓管水頭
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測壓管水頭包括高程與壓力水頭兩部分,可表示如下:
上式中,hp為測壓管水頭;p為測點壓力;γ為比重;z為測點高程。測壓管水頭常用於管流與地下水流之量測,藉以瞭解測點之壓力水頭,以供控制管流之流況或地下水開發管理之參考。 |
堰水頭
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以堰頂高程為基準而測定的堰流水頭(參見weir)。測定水頭h須在堰上游至少要4h~6h之處,以避免水面曲度之影響。使用的主要儀器為U形水尺,水尺應裝置於堅固的構架上。量測時,應先將水尺尖端浸於水中,然後極小心拉上,直到水尺尖端稍隆起於水表面,再稍微降低一些,使水尺尖端恰好消失於水表面,如此量測之水面高度與堰頂高度之差,即為所需求的堰水頭。假如漸近流速(V)為可忽略,堰水頭(h)即為總水頭H;否則H=h+V2/2g為重力加速度。在堰頂上的理論水深為臨界深度,理論流速為臨界速度,實際值即須以實驗測定之。
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落(降)水頭
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水庫、水櫃或水柱之水位,由高水位處洩降至低水位,其間之水位差稱落水頭。
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自流水頭
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在地下水含水層中,往往有自流含水層的存在(參見artesian aquifer)。此自流含水層一經人工打井,便成自流井。有時候會因含水層的龐大壓力而自動噴出,便成湧泉流(參見artesian flow)。產生此種由自流井或湧泉流的水頭,稱之為自流水頭。自流水頭即表示不需借助抽水機加壓而水流能到達之高度。
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曾經查過此詞彙的人也經常查詢以下字詞:
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貓頭鷹博士