水流运动在线视频

同学们

上一讲我们学习了静水压强

今天

我们要来学习水流运动中的

基本概念如流线、迹线、流速

过水断面、流量及其分类

在消防供水中

绝大部分都涉及到水流运动的问题

如管道的水流、消防水枪射流、水锤等

学习掌握这一内容建立有关水流运动的基本概念

为进一步研究水流机械运动规律提供基本依据

一、水流运动的基本概念

1．流线

流线是某一瞬时在流场中绘出的曲线

在这条曲线上所有质点的

流速矢量都和该曲线相切

流线表示液体瞬时的流动方向

流线簇反映了该瞬时整个流场的流动方向

其疏密程度反映了该瞬时流场中

各处速度大小的变化

流线密集的地方流速大

而稀疏的地方流速小

2．迹线

将某一液体质点在运动过程中

不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线

即液体质点运动时所走过的轨迹线

3．区别之处在于

迹线是单个质点在某一时段内的流动轨迹

而流线代表某一瞬时流场中

一系列液体质点的流动方向

二、流速、过水断面、流量

1．流速

单位时间内水流通过的距离

称为流速

用符号V表示

单位为米每秒或厘米每秒

2．过水断面

在垂直水流方向上

水流所通过的横断面称为过水断面

用符号

单位为平方厘米 或平方米

过水断面与流线垂直

因此过水断面不一定是平面

当流线相互平行时

过水断面是平面

当流线不平行时

过水断面则为曲面

水流过水断面有多种形状

如圆形、方形、梯形等

一般常用圆形

3．流量

单位时间内通过某一过水断面的

液体体积称为流量

用符号Q表示

单位为升每秒 或立方米每秒

流量与流速、过水断面之间的关系为

流量等于过水断面乘以流速

4.例题

已知

水带直径分别为80毫米、65毫米

流速为2米每秒

求两种不同水带保持此流速时的流量

解第一步

80水带过水断面面积为

65水带的过水断面面积为

流速为2米每秒

第二步

根据流量等于过水断面乘以流速即

此80水带流量为10升每秒

65水带流量为6.6升每秒

三、水流运动的分类

（一）根据运动要素是否随时间变化进行分类

1．恒定流

液体运动中所有空间点的一切运动要素

速度、压强、加速度等

都不随时间变化的流动称为恒定流

如图所示当水箱中的水位恒定时

管道中各点的流速和压强等

运动要素均不随时间而变化

这时流动为恒定流

恒定流的特点是

（1）流线的形状不随时间变化

（2）流线与迹线重合

2．非恒定流

液体运动中所有运动要素不仅随位置变化

而且在任一位置上的运动要素也随时间而变化

这种流动称为非恒定流

如图所示

当水箱中的水位逐步下降时

管道中各点的流速就随时间变化

这时流动为非恒定流

3．应用举例

如图所示

水泵启动一段时间后压力表

指针基本稳定后的水流可看成是恒定流

但是在水泵启动的最初一段时间

压力增加变化很大

就属于非恒定流

（二）根据流速是否沿流程发生变化进行分类

1．均匀流

如果在流动过程中

流速的大小和方向沿流程不发生变化

这种流动就称为均匀流

也就是说位于同一流线上各质点的

流速大小和方向都相同的液流称为均匀流

如图所示

均匀流的特点是

（1）流线为相互平行的直线

（2）过水断面是个平面

（3）压强分布符合静水压强分布规律

（4）沿流程各个过水断面的形状

大小及其流速分布都一样

2．非均匀流

如果在流动过程中

流速的大小和方向沿流程发生变化

这种流动称为非均匀流

也就是说位于同一流线上各质点的

流速大小和方向不同的液流称为非均匀流

如左图液体在扩散管中流动

或右图液体在弯管中流动皆是非均匀流

其特点是流线彼此不平行

非均匀流的流线可能是曲率半径不同的曲线

或是流线之间具有夹角的放射线

一般情况下

非均匀流的过水断面是曲面

各个过水断面的形状、大小

及其流速分布是沿流程变化的

非均匀流按流速的大小和方向沿流程变化的快慢

又可分为渐变流和急变流两种

（1）流速的大小和方向沿流程逐渐改变的非均匀流

称为渐变流

显然渐变流流线的曲率半径 较大

或流线之间的夹角较小

流线接近于平行直线

因此渐变流过水断面可以近似地看作平面

（2）流速的大小和方向沿流程急剧改变的非均匀流

称为急变流

显然急变流流线的曲率半径 较小

或流线之间的夹角较大

过水断面一般地讲是曲面

流线不能视为平行直线

（三）根据促使水流发生运动的动力进行分类

1．有压流

有压流是指液体受到压力作用而发生运动的水流

它的特征是水流充满整个管道

不存在自由表面

例如消防给水管道中的水流

2．无压流

无压流是指主要受重力作用而发生运动的水流

它的特征是具有自由表面

作用在自由表面上的压强通常为大气压

例如明渠流、天然河道水流、排水管水流等

小结今天我们重点学习了几个水流运动的概念

1．迹线

液体质点运动时所走过的轨迹线

2．流线

表示液体瞬时的流动方向

3．流速、过水断面、流量以及之间的关系

即

流量等于过水断面乘以流速

4.水流运动的分类

（1）根据运动要素是否随时间变化进行分类

分为恒定流和非恒定流

（2）根据流速是否沿流程发生变化进行分类

分为均匀流、非均匀流

其中非均匀流按流速的大小

和方向沿流程变化的快慢又分为渐变流和急变流

（3）根据促使水流发生运动的动力进行分类

分为有压流、无压流

【思考与练习】

1．在供水干线中

流量、流速、过水断面三者之间有何联系

2．水流运动可按哪些方式进行分类

这一讲的内容到此结束

谢谢