均匀流、非均匀流、渐变流、急变流的区别与比较

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@小白创作中心

均匀流、非均匀流、渐变流、急变流的区别与比较

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https://www.daowen.com/lilun/2120454.html

在流体力学中，流体的流动状态可以分为均匀流和非均匀流两大类，其中非均匀流又可以进一步细分为渐变流和急变流。这些流动类型的区分主要基于流线的弯曲程度和流线间的夹角大小。本文将详细介绍这四种流动类型的特点及其区别。

均匀流

流线是相互平行直线的流动称为均匀流，如液体在直径不变的直线管道中的运动。均匀流具有如下特点：

过水断面为平面，其形状和尺寸沿程不变。
各过水断面上的流速分布相同，各断面上的平均流速相等。
过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，即在同一过水断面上

=常数，但是，不同过水断面上这个常数不相同，它与流动的边界形状变化和水头损失等有关。

证明：在如图3.1.8所示的均匀流中，垂直于流线方向取断面面积为d A、高为d n的小柱体研究其平衡。在与流线垂直的n n方向上只有两个断面上的动水压力p d A、（p+d p）d A，以及重力的分量d G cosα。α为n n线与铅垂线的夹角，柱体侧表面上的动水压力及摩擦力在n n方向上没有分量。同时，柱体在n n方向上也没有加速度。故n n方向的平衡方程式为：

因为n n线在过水断面上，所以式（3.1.5）就说明了过水断面上的动水压强按静水压强规律分布。

非均匀流

流线不是相互平行直线的流动称为非均匀流。根据流线弯曲的程度和彼此间的夹角大小又将非均匀流分为渐变流和急变流。

渐变流

如流线几乎是平行的直线（如果有弯曲其曲率半径很大，如果有夹角其夹角很小），这样的流动称为渐变流。由于流线近乎是平行直线，则流动近似于均匀流，所以可以近似地认为：渐变流过水断面上的动水压强也近似按静水压强规律分布，即z+

=常数。但是需要注意：此结论只适合于有固体边界约束的水流，如图3.1.9（a）所示。在图3.1.9（b）中管路出口断面上的动水压强就不符合静水压强分布规律，即z+p/γ≠C，这时断面上各点处的动水压强均等于大气压强pa。

急变流

流线弯曲的曲率半径很小，或者流线间的夹角很大的流动均称为急变流。急变流多发生在流动边界急剧变化的地方，如图3.1.10（a）所示，溢流坝面上Ⅰ和Ⅱ处的流动就是急变流。

急变流中过水断面上的动水压强不按静水压强规律分布。因为这时作用力除了动水压力和重力之外，还需要考虑离心惯性力。当离心力的方向与重力的方向相反时，断面上任意一点的动水压强小于静水压强，如图3.1.10（b）所示；当离心力的方向与重力的方向相同时，断面上任意一点的动水压强将大于静水压强，如图3.1.10（c）所示。