流速學(xué)

《物理學(xué)名詞》第三版。

2019年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

流速是指氣體或液體流質(zhì)點在單位時間內(nèi)所通過的距離，渠道和河道里的水流各點的流速不相同，靠近河(渠)底、河邊處的流速較小，河中心近水面處的流速最大，為了計算簡便，通常用橫斷面平均流速來表示該斷面水流的速度。

流速的正常單位為m/s、m/h

質(zhì)點流速是描述液體質(zhì)點在某瞬時的運動方向和運動快慢的矢量。其方向與質(zhì)點軌跡的切線方向一致。其大小為：

單位為m/s,Δs為液體質(zhì)點在Δt時間內(nèi)流動的距離。水力學(xué)中常著眼于空間點來描述液體運動，通過某一空間點處的液體質(zhì)點的速度即點流速u，一般為空間點位置r及時間t的矢量函數(shù),即u=u(r,t)。紊流中,點流速隨時間作不規(guī)則的變化，一般取某一段時間內(nèi)的平均值即時均流速，以及瞬時流速與時均流速之差即脈動流速作為研究對象。

流速是流體的流動速度。當(dāng)流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，或稱為片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當(dāng)流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。

這種變化可以用雷諾數(shù)來量化。雷諾數(shù)較小時，黏滯力對流場的影響大于慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩(wěn)定，為層流；反之，若雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯力，流體流動較不穩(wěn)定，流速的微小變化容易發(fā)展、增強，形成紊亂、不規(guī)則的湍流流場。

流速流速場和流線

各空間點流速的集合構(gòu)成流速場。流線是流速場的幾何表示。它是同一瞬間不同流體質(zhì)點所組成的曲線，線上所有質(zhì)點的流速矢量都和該曲線相切。同一瞬間通過流動空間各點的流線所構(gòu)成的流線圖給出該瞬間整個流動的清晰圖象。若點流速不隨時間而變化，則為恒定流；否則為非恒定流。非恒定流的流線和流線圖隨時間而變化。

流速元流和總流

處處垂直于流線的液流橫斷面稱為過水?dāng)嗝妗＿^水?dāng)嗝婷娣e無限小的液流稱為元流。由無數(shù)個元流所組成,過水?dāng)嗝婷娣e有限的整個液流(如管流、明渠水流)稱為總流。研究總流中斷面平均流速的大小和方向沿流程變化的規(guī)律,是水力學(xué)中常用的總流分析法。斷面平均流速的大小等于通過該斷面的流量Q除以斷面面積A,即v=Q/A,方向垂直于過水?dāng)嗝?。還可用斷面流速分布圖來表示過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾痪鶆虻那闆r。以管流為例,壁面上流速為零,由壁面到管軸,流速逐漸增大。紊流時由于橫向混摻作用，流速分布遠比層流時均勻。

流速公式測量

根據(jù)不同情況和要求，采用不同的方法和儀器進行量測，常用的方法和儀器如下。

①皮托管：1732年由法國工程師H.皮托首創(chuàng)，至今仍是實驗室內(nèi)測量時均點流速的常用儀器。其前端總壓孔(M)與側(cè)面靜壓孔 (N)通過圓頭雙層套管分別與壓差計兩端連接（見圖）,測量總壓(p0=P∞ ρu2/2)與靜壓(p∞)即來流壓強）之差。按伯努利方程,點流速為：

式中：

ρ為液體密度；

c為改正系數(shù)，須通過率定求得。

②旋槳（杯）式流速儀：有多種形式，可用于現(xiàn)場及實驗室，都有一組可旋轉(zhuǎn)的葉片，受水流沖擊后的葉片轉(zhuǎn)數(shù)與流速有一固定關(guān)系，可通過率定求得。采用適當(dāng)裝置將轉(zhuǎn)數(shù)化為電訊號予以記錄顯示。③激光測速儀：最大優(yōu)點是對所測流場無干擾。④熱絲（膜）流速儀：可測瞬時流速、脈動流速及紊流流速的隨機變化過程。⑤攝影法：根據(jù)曝光時間及亮點跡線長度推算流速。

流速儀始創(chuàng)于1790年。中國自20世紀40年代中期開始批量生產(chǎn)流速儀。在儀器的防水，防沙性能方面，居世界前列，隨著水文測驗過河設(shè)備的改進，流速儀的測流嗯呢管理大幅度提高。一些主要大河和平原區(qū)的河流，可以用流速儀測得洪水流量。