水力學(xué)文獻中的“流速”及其關(guān)聯(lián)名詞釋義

李秀榮

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江157000)

0 前 言

對水利工作者來說，最常見也最為熟悉的水利專業(yè)名詞莫過于流量、水位和流速。然而，人們可能對流量、水位易于理解并作出較為科學(xué)的解釋，而對于流速的基本概念與正確的定義可能就不那么準確了。那是因為“流速”有著不同情況的名稱與基本概念。流速在水工設(shè)計與農(nóng)田灌排工程設(shè)計中是必須認真加以分析研究并需采取相應(yīng)的工程措施。因而本文將水力學(xué)文獻中有關(guān)涉及流速的概念加以歸納與陳述。

1 前蘇聯(lián)П.Г 基謝列夫所著水力計算手冊中的解釋

1)平均流速(水流平均流速):一種速度，所有的液體質(zhì)點好像是都以這樣的速度通過水流斷面而保持其流量等于實際流速分布時的流量。

2)等流速:一種液體穩(wěn)定流，其任意水流斷面的各對應(yīng)點處之流速都一樣。

3)變速流:水流斷面各對應(yīng)點處的流速沿著水流縱向變化的一種液體運動。

4)緩變流:一種變速流，其特點是水流斷面與水流方向從容不迫地緩慢變化，此時，水流斷面實際上可視為平面。

5)層流:流束式流動;套筒式流動;平行流束流動;無渦流等液體運動，其中沒有導(dǎo)致液體質(zhì)點紊亂的流速脈動現(xiàn)象。

6)紊流:一種液體運動，它具有導(dǎo)致液體質(zhì)點紊亂的流速脈動現(xiàn)象。

7)局部流速:一點處的瞬時流速。

8)時間平均局部流速:在相當長的一段時間間隔內(nèi)所決定的一點處的平均流速。

9)雷諾茲臨界流速:在一定條件下，相當于臨雷諾茲數(shù)的平均流速之值。

10)流速特性:當水力坡度等于1 時，給定水流斷面的槽中平均流速。

11)滲流系數(shù):當水力坡度等于1 時的滲流速度［1］。

2 中國水利專家陸琦教授給出的定義

2.1 流速的定義

流速系指描述流體質(zhì)點位置隨時間變化規(guī)律的矢量。流速(u)的方向表示水流質(zhì)點的位移方向，流速值的大小是水流質(zhì)點的位移對時間的變化率。如果水流質(zhì)點的位置以矢徑r 表示，質(zhì)點的位移△r 與所經(jīng)過的時間△t 比值稱為平均速度，當△t 趨近于零時，平均速度的極限就是速度［2］。記為:

式中:常用的流速單位是m/s、cm/s。

在水力學(xué)中多用歐拉法描述流體運動，即著眼于固定不動的空間點，不同的時刻有不同的流體質(zhì)點通過空間的某一固定點;同一時刻在不同的固定空間點上又有不同的流體質(zhì)點通過，一般來說，流速是空間點的坐標和時間的函數(shù)，表示為:

在直角坐標系中流速分量為:

2.2 圓管中的流速分布

流速分布系指通過與流動方向正交的過流斷面上各點流速大小的分布情況。

在圓管中的層流運動，流速u 隨徑向r 的分布為以管軸為對稱的軸的旋轉(zhuǎn)拋物面(見圖1)，其方程為:

式中，up 是管長L 上的壓差;r0是圓管半徑;μ 是黏滯系數(shù)。在紊流運動中，由于渦團的混摻作用，流速分布比層流均勻，但在緊貼壁面的黏性底層中，流速梯度很大。

圖1 圓管中的流速分布

具體計算的表達式通常有指數(shù)型公式和對數(shù)型公式加以計算，較為復(fù)雜，本文不再細述。

綜上，對流速的概念有所加強，但這只是概念，具體來講，特別對于高水頭泄流建筑物，通常要通過模型試驗加以研究分析，才能做好消能功等設(shè)計。

［1］蘇聯(lián)П.Г 基謝列夫.水力計算手冊［S］.北京:電力工業(yè)出版社，1957:23－28.

［2］崔宗培，徐乾清，吳以鰲，等.中國水利百科全書［M］.北京:水利電力出版社，1990:2－9.