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均勻流
鎖定
均勻流是指在恆定流中，若流線為相互平行的直線，該流動稱為均勻流
[1]
。流速值是常數，流線順直且平行的流場是最簡單的平面流
[2]
。如直徑不變的直線管道中的水流、斷面形狀和尺寸及邊界條件沿程不變的通風巷道的風流，均屬於均勻流
[1]
。
均勻流只有沿程損失，而沒有局部損失，因此，在均勻流計算中只需考慮沿程損失
[3]
。
- 中文名
-
均勻流
[1]
- 定 義
-
同一流線上各點的運動要素相等
[1]
- 種 類
-
平面流
[2]
- 相關概念
-
非均勻流
[4]
- 特 點
-
流線是彼此平行的直線，與流線相垂直的各個截面上的流速分佈相同
[1]
- 損失產生
-
流體克服摩擦阻力做功
[1]
均勻流均勻流特性
(1)均勻流過流斷面為平面，且形狀、尺寸與邊界情況沿程不變
[1]
。
(2)均勻流只有沿程損失，而無局部損失
[1]
。
(3)同一流線上不同點的流速相等，不同過流斷面上流速分佈情況相同、斷面平均流速相等
[1]
。
(4)均勻流同一過流斷面上各點
測壓管水頭相等
[1]
。
均勻流均勻流切應力公式
均勻流損失為沿程損失，主要是由於流體克服摩擦阻力做功而產生的。現以圓管恆定均勻流為例導出切應力公式
[1]
。
如圖1 所示，在圓管恆定均勻流中取相距為l的兩過流斷面1-1和2-2
[1]
。過流斷面的面積為A，兩過流斷面形心距基準面0-0的高度分別為Z
1和Z
2，壓力分別為P
1和P
2，濕周為X，圓管軸線與水平面的夾角為
，所選流段1-2與圓管內壁的平均切應力為
，作用於流段1-2上的外力有：
(1)過流斷面1-1和2-2上的總壓力分別為P
1=P
1A和P
2=P
2A
[1]
。
(2)流段1-2圓柱面的摩擦阻力為T=
xl
[1]
。
圖1 圓管恆定均勻流
(4)流段1-2圓柱面總壓力與流段流動方向垂直，在流動方向上沒有分力
[1]
。
由於研究對象為恆定均勻流，加速度為零，作用於流段1-2上的外力處於平衡狀態，所以，在流動方向上力的平衡方程為P
1A+
Alsin
=P
2A+
X
l
均勻流均勻流沿程損失計算公式
沿程損失與切應力之間的關係式為h
f=
，因此，要求沿程損失h
f，就必須知道流動邊界處的平均切應力
。經實驗研究發現，流動邊界切應力
與斷面平均流速v、水力半徑R、動力黏度
、流體密度
及固體邊界的絕對粗糙度
等因素有關，即
=f(v，R，
，
，
)
[1]
。
通過進一步分析研究表明，邊界平均切應力
與流體密度
成正比，與斷面平均流速v的平方成正比，可表示為
=
v
2，式中
為比例係數，它與雷諾數Re和相對粗糙度
有關
[1]
。
均勻流與非均勻流區別
均勻流的所有流線都是平行直線，過流斷面是一平面，且大小和形狀都沿程不變
[4]
。非均勻流的所有流線不是一組平行直線，過流斷面不是一平面，且大小或形狀沿程改變
[4]
。均勻流中，流動參數具有對空間的不變性，遷移加速度等於零
[4]
。
均勻流均勻流的影響
在許多情形下週圍介質更接近處於均勻流狀態
[5]
。例如，就所關心的聲學問題而言，飛機發動機風扇和壓縮機常被模型化為它們處於一個帶有近似均勻流的無限大直管道內（如圖2所示）
[5]
。
圖2 無限長管道中的風扇
- 參考資料
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1.
格日樂，卜桂玲主編,礦山流體機械,北京理工大學出版社,2019.03,第38頁
-
2.
李超主編,流體力學,哈爾濱工業大學出版社,2014.06,第103頁
-
3.
樊哲超，吳恆濱主編,流體力學,西北工業大學出版社,2016.08,第72頁
-
4.
周洋，周強主編,水力學,北京理工大學出版社,2018.08,第42頁
-
5.
（美）戈德斯坦著,氣動聲學,國防工業出版社,2014.03,第155頁
圖1 圓管恆定均勻流
圖2 無限長管道中的風扇
