关于均匀流和非均匀流,层流和紊流,恒定流与非恒定流几个概念单独理解起来可能比较简单,但要结合起来,有时会犯糊涂,结合它们的定义以及一些讲义,稍微总结了一下。
(1)均匀流不一定是恒定流,恒定流也不一定是均匀流。对于明渠流来讲,均匀流一定是恒定流,因为如果边界条件随时间变化,就不可能满足流线是平行直线,因而非恒定流不可能是均匀流。如果不是明渠流,均匀流也可能是非恒定流,比喻圆管有压流,水流沿管道做加速运动,流线也是平行的,也是均匀流,此时为非恒定流。
(2)紊流和层流可能是非恒定流也可能不是恒定流。对瞬时值而言,紊流一定是非恒定流,但在引入时间平均流动的概念后,只要时均值是一常数就可以将它看成恒定流,或者时均值随时间遵循某一规律变化,就可看作是随时间遵循某一规律变化的非恒定流。
(3)就时均值讲,紊流可以是均匀流,也可以是非均匀流;层流只需要满足层与层之间不混合,流线未必是平行的,所以层流可以是均匀流或非均匀流或渐变流;均匀流也不一定是层流。
几个术语的定义如下(以下内容来源于其它文献资料):
恒定流:流场中任何空间上所有运动要素都不随时间而改变,这种水流称为恒定流。例如,在水库岸边设置一泄水隧洞,如果水库水位恒定不变,则隧洞水流为恒定流。
非恒定流:如果流场中任何空间点上有任何一个运动要素是随时间而变化的,这种水流称为非恒定流。例如上述水库水位随时间而变,那么隧洞中水流运动要素也必然随时间而变,此时洞内水流为非恒定流;随洪水涨落的天然河道水流也是非恒定流。
均匀流:当水流流线为相互平行的直线时,该水流称为均匀流。例如直径不变的直线管道中的水流。均匀流具有以下特性:1)均匀流的过水断面为平面,且过水断面的形状和尺寸沿程不变;2)均匀流中,同一流线上不同点的流速相等,各过水断面上的流速分布相同,断面平均流速相等;3)均匀流过水断面上的动水压强分布规律和静水压强分布规律相同,因而过水断面上任一点动水压强或断面上动水总压力都可以按照静水压强以及静水总压力的公式来计算
非均匀流:若水流的流线不是互相平行的直线,该水流称为非均匀流。这包括两个方面,流线虽互相平行但不是直线(如管径不变的弯管中的水流),或流线虽是直线但不互相平行(如管径呈缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流)。非均匀流又划分为渐变流和急变流。渐变流流线近似于平行直线,过水断面上动水压强的分布规律可近似地看作与静水压强分布规律相同。水流是否可看作渐变流与水流的边界密切相关,如果实际水流的流线不平行和弯曲太大,在过水断面上,沿垂直于流线方向就存在离心惯性力,这时,再把过水断面上的动水压强按静水压强分布规律来看待就会引起很大的偏差。而且,均匀流或渐变流的过水断面上动水压强遵循静水压强分布规律仅是对于有固定边界约束的水流才适用。
层流:当流速较小时,各流层的液体质点是有条不紊地运动,互不混杂,这种型态的流动称为层流。
紊流:当流速较大时,各流层的液体质点形成涡体,在流动的过程中,互相混掺,这种型态的流动称为紊流。
至于急流和缓流就相对简单,这里就不说了。