水力学文献中的“流速”及其关联名词释义

李秀荣

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江157000)

0 前 言

对水利工作者来说，最常见也最为熟悉的水利专业名词莫过于流量、水位和流速。然而，人们可能对流量、水位易于理解并作出较为科学的解释，而对于流速的基本概念与正确的定义可能就不那么准确了。那是因为“流速”有着不同情况的名称与基本概念。流速在水工设计与农田灌排工程设计中是必须认真加以分析研究并需采取相应的工程措施。因而本文将水力学文献中有关涉及流速的概念加以归纳与陈述。

1 前苏联П.Г 基谢列夫所著水力计算手册中的解释

1)平均流速(水流平均流速):一种速度，所有的液体质点好像是都以这样的速度通过水流断面而保持其流量等于实际流速分布时的流量。

2)等流速:一种液体稳定流，其任意水流断面的各对应点处之流速都一样。

3)变速流:水流断面各对应点处的流速沿着水流纵向变化的一种液体运动。

4)缓变流:一种变速流，其特点是水流断面与水流方向从容不迫地缓慢变化，此时，水流断面实际上可视为平面。

5)层流:流束式流动;套筒式流动;平行流束流动;无涡流等液体运动，其中没有导致液体质点紊乱的流速脉动现象。

6)紊流:一种液体运动，它具有导致液体质点紊乱的流速脉动现象。

7)局部流速:一点处的瞬时流速。

8)时间平均局部流速:在相当长的一段时间间隔内所决定的一点处的平均流速。

9)雷诺茲临界流速:在一定条件下，相当于临雷诺茲数的平均流速之值。

10)流速特性:当水力坡度等于1 时，给定水流断面的槽中平均流速。

11)渗流系数:当水力坡度等于1 时的渗流速度［1］。

2 中国水利专家陆琦教授给出的定义

2.1 流速的定义

流速系指描述流体质点位置随时间变化规律的矢量。流速(u)的方向表示水流质点的位移方向，流速值的大小是水流质点的位移对时间的变化率。如果水流质点的位置以矢径r 表示，质点的位移△r 与所经过的时间△t 比值称为平均速度，当△t 趋近于零时，平均速度的极限就是速度［2］。记为:

式中:常用的流速单位是m/s、cm/s。

在水力学中多用欧拉法描述流体运动，即着眼于固定不动的空间点，不同的时刻有不同的流体质点通过空间的某一固定点;同一时刻在不同的固定空间点上又有不同的流体质点通过，一般来说，流速是空间点的坐标和时间的函数，表示为:

在直角坐标系中流速分量为:

2.2 圆管中的流速分布

流速分布系指通过与流动方向正交的过流断面上各点流速大小的分布情况。

在圆管中的层流运动，流速u 随径向r 的分布为以管轴为对称的轴的旋转抛物面(见图1)，其方程为:

式中，up 是管长L 上的压差;r0是圆管半径;μ 是黏滞系数。在紊流运动中，由于涡团的混掺作用，流速分布比层流均匀，但在紧贴壁面的黏性底层中，流速梯度很大。

图1 圆管中的流速分布

具体计算的表达式通常有指数型公式和对数型公式加以计算，较为复杂，本文不再细述。

综上，对流速的概念有所加强，但这只是概念，具体来讲，特别对于高水头泄流建筑物，通常要通过模型试验加以研究分析，才能做好消能功等设计。

［1］苏联П.Г 基谢列夫.水力计算手册［S］.北京:电力工业出版社，1957:23－28.

［2］崔宗培，徐乾清，吴以鳌，等.中国水利百科全书［M］.北京:水利电力出版社，1990:2－9.