臨界流

流動型態轉變時，水流的斷面平均流速稱為臨界流速，把從層流轉變為紊流時的叫上臨界流速，而把紊流轉變為層流時的叫下臨界流速。上臨界流速較大。多次實驗表明，在不同温度下，管中水流的下臨界流速值比較穩定，上臨界流速易受干擾，其值極不穩定。

臨界流是緩流與急流兩種流態的分界點，臨界流時的斷面平均流速稱為臨界流速，以

表示。它與干擾波的波速（c）正好相等，即

臨界流是相當於弗勞德數

的流動。此時，水流的慣性力作用與重力作用恰好相等。臨界流時的水深稱為臨界水深，以

表示。從能量角度來分析，以斷面最低點為基準的斷面單位能量或比能可寫成

底坡較小（渠底與水平面夾角

<6°)時，可簡化為

可見，當斷面形狀尺寸和流量大小一定時，渠槽斷面比能（

）只是水深（h）的函數,且存在一最小值（見圖）。通過對式（1）求一階導數，令其為零，可得

臨界流是緩流與急流兩種流態的分界點，臨界流時的斷面平均流速稱為臨界流速，以

表示。它與干擾波的波速（c）正好相等，即

臨界流是相當於弗勞德數

的流動。此時，水流的慣性力作用與重力作用恰好相等。臨界流時的水深稱為臨界水深，以

表示。

從能量角度來分析，以斷面最低點為基準的斷面單位能量

過水斷面上並取a=1.0，上式可寫作

這就是説，斷面比能(

)最小時，

,為臨界流。臨界水深(

)即相應於圖中

曲線的C點。因此，可用臨界流的水力要素

、

來區分緩流和急流的流態。

對緩流

，

，

，

，相應於

曲線的上支；對急流

，

，

，

，相應於

曲線的下支。

以

、

分別表示臨界水深(

)時相應過水斷面面積和水面寬度，則任意形狀斷面臨界水深計算式為

上式為

的隱函數形式，需試算法求解。對矩形斷面的臨界水深計算式為

式中，q為單寬流量。 ^[1] 

臨界流態很不穩定，由

曲線可知，斷面比能（

）稍有變化，將引起水深的較大改變。由觀測知，當接近臨界流態時，水面形成不穩定的波狀。由於渠槽的糙率、過水斷面、底坡或泥沙沉積等的變動引起能量的微小變化，都可使臨界流態產生上述波狀擺動。因此，在渠槽設計中，為了保證流態穩定應當改變底坡或斷面形狀，以避免發生或接近臨界流態。 ^[1]