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(duì)水利工作者來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)也最為熟悉的水利專業(yè)名詞莫過(guò)于流量、水位和流速。然而，人們可能對(duì)流量、水位易于理解并作出較為科學(xué)的解釋，而對(duì)于流速的基本概念與正確的定義可能就不那么準(zhǔn)確了。那是因?yàn)椤傲魉佟庇兄煌闆r的名稱與基本概念。流速在水工設(shè)計(jì)與農(nóng)田灌排工程設(shè)計(jì)中是必須認(rèn)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(xiàn)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(jì)算手冊(cè)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(diǎn)好像是都以這樣的速度通過(guò)水流斷面而保持其流量等于實(shí)際流速分布時(shí)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(duì)應(yīng)點(diǎn)處之流速都一樣。

3)變速流:水流斷面各對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的流速沿著水流縱向變化的一種液體運(yùn)動(dòng)。

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

5)層流:流束式流動(dòng);套筒式流動(dòng);平行流束流動(dòng);無(wú)渦流等液體運(yùn)動(dòng)，其中沒(méi)有導(dǎo)致液體質(zhì)點(diǎn)紊亂的流速脈動(dòng)現(xiàn)象。

6)紊流:一種液體運(yùn)動(dòng)，它具有導(dǎo)致液體質(zhì)點(diǎn)紊亂的流速脈動(dòng)現(xiàn)象。

7)局部流速:一點(diǎn)處的瞬時(shí)流速。

8)時(shí)間平均局部流速:在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間間隔內(nèi)所決定的一點(diǎn)處的平均流速。

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

10)流速特性:當(dāng)水力坡度等于1 時(shí)，給定水流斷面的槽中平均流速。

11)滲流系數(shù):當(dāng)水力坡度等于1 時(shí)的滲流速度［1］。

2 中國(guó)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(diǎn)位置隨時(shí)間變化規(guī)律的矢量。流速(u)的方向表示水流質(zhì)點(diǎn)的位移方向，流速值的大小是水流質(zhì)點(diǎn)的位移對(duì)時(shí)間的變化率。如果水流質(zhì)點(diǎn)的位置以矢徑r 表示，質(zhì)點(diǎn)的位移△r 與所經(jīng)過(guò)的時(shí)間△t 比值稱為平均速度，當(dāng)△t 趨近于零時(shí)，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(yùn)動(dòng)，即著眼于固定不動(dòng)的空間點(diǎn)，不同的時(shí)刻有不同的流體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)空間的某一固定點(diǎn);同一時(shí)刻在不同的固定空間點(diǎn)上又有不同的流體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)，一般來(lái)說(shuō)，流速是空間點(diǎn)的坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，表示為:

在直角坐標(biāo)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(guò)與流動(dòng)方向正交的過(guò)流斷面上各點(diǎn)流速大小的分布情況。

在圓管中的層流運(yùn)動(dòng)，流速u 隨徑向r 的分布為以管軸為對(duì)稱的軸的旋轉(zhuǎn)拋物面(見(jiàn)圖1)，其方程為:

式中，up 是管長(zhǎng)L 上的壓差;r0是圓管半徑;μ 是黏滯系數(shù)。在紊流運(yùn)動(dòng)中，由于渦團(tuán)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(jì)算的表達(dá)式通常有指數(shù)型公式和對(duì)數(shù)型公式加以計(jì)算，較為復(fù)雜，本文不再細(xì)述。

綜上，對(duì)流速的概念有所加強(qiáng)，但這只是概念，具體來(lái)講，特別對(duì)于高水頭泄流建筑物，通常要通過(guò)模型試驗(yàn)加以研究分析，才能做好消能功等設(shè)計(jì)。

［1］蘇聯(lián)П.Г 基謝列夫.水力計(jì)算手冊(cè)［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(guó)水利百科全書［M］.北京:水利電力出版社，1990:2－9.