壓力流

壓力流是指周圍被約束、沒有自由表面（液體和氣體的分界面）的液體流動。最常見的壓力流是滿管流（見管流），即液體充滿管道的流動。液體未充滿管道的流動遵循無壓流的規律。壓力流按其流動特性是否隨時間改變可分為定常壓力流和非定常壓力流。

基本介紹

• 中文名：壓力流
• 外文名：pressure flow
• 原理：虹吸原理
• 古稱：注子、偏提、渴烏

定常壓力流

流動特性不隨時間改變的壓力流。研究定常壓力流的目的在於找出管道特性和流動特性之間的關係，這種關係隨流動狀態而不同。在直線圓形管道中，如流動特性不沿流程改變則稱為均勻流，這時流動狀態隨管道雷諾數Re=uD/υ而改變，式中u為平均流速，D為管道直徑，υ為運動粘性係數。雷諾數小於2 000時為層流；向湍流過渡的雷諾數在2 000～4 000之間，4 000以上為湍流。定常壓力流的流動特性和管道特性之間的關係，可參見管流。

非定常壓力流

流動特性隨時間改變的壓力流。管道閥門啟閉，水力機械啟動、負荷改變或停機過程中的流動皆是不定常壓力流。若關閉或停機的速率很快，由於水流的慣性，液體將被壓縮而產生水擊。分析這一流動時必須考慮液體的可壓縮性。分析可壓縮非定常壓力流時，常用平均流速υ、壓力p、管道橫截面積A、密度p等量，並將流動簡化為一維問題。這時流動特性是距離s和時間t的函式。連續性方程為：

運動方程為：

式中z為管道高程；f為摩擦係數，它是雷諾數Re和管道內壁相對粗糙度ε/D的函式（見管流）；第四和第五項分別代表重力和管壁摩擦阻力的作用。液體受壓縮時的狀態方程為，由此推出：

中K為液體的體積彈性模量。如果不考慮管壁的慣性，則彈性圓形管道的變形方程為，由此推出：

式中為管壁厚度；E為管壁材料的彈性模量。略去高階小量後可得出下列方程組：

式中c為壓力波傳播速度。這是一組雙曲型微分方程，可用有限差分方法或特徵線法進行數值計算。套用這些方程可計算水擊壓力。

參考文獻

V.L.Streeter and　E.B.Wylie, Fluid Mechanics, McGraw-Hill, New York,1975.