水躍計算機

水躍是明渠中淺而快速的超臨界流，迅速轉變為深而緩慢的亞臨界流的現象。水面突然升高，產生強烈紊流，部分水流機械能轉化為熱、聲音與小尺度運動。水躍常見於溢洪道、閘門及陡坡渠道的下游。工程師經常在消能池中刻意形成水躍，透過可控制的能量消散保護下游河床與構造物，避免受到沖蝕。 福祿數比較慣性作用與重力波作用，用以判別流況。它等於平均流速除以重力加速度與水力深度乘積的平方根。對寬矩形渠道而言，水力深度就是水深。福祿數大於一為超臨界流，小於一為亞臨界流，等於一為臨界流。典型水躍要求上游福祿數大於一。若輸入條件對應的數值小於或等於一，共軛水深方程仍會產生數值結果，但不代表正常耗能的水躍。 本計算機採用水平矩形渠道的動量關係。下游共軛水深等於上游水深的一半，乘以「上游福祿數平方的八倍加一，再開平方並減一」。接著依連續方程，以上下游水深之比求出下游流速，再由新的水深與流速計算下游福祿數。理想水躍消散的比能等於水深差的立方，除以上下游水深乘積的四倍。 這些方程假設流況穩定、遠離滾流區的壓力符合靜水壓分布、各斷面流速均勻、水躍範圍內的底坡可忽略，且沒有明顯的側向收縮。實際水躍具有三維特性，長度為下游水深的數倍。尾水條件決定水躍是在預期位置形成、遭到淹沒，或向下游移動。請將結果作為初步水理參數；重要設計還應結合消能池指引、出水高檢核、泥砂考量及物理或數值模擬。單位必須一致；預設值與標籤使用公尺及秒。