3.4 液体流动的基本要素

描述液体流动状况的物理量，包括动水压强、过水断面、流速、流量等，亦叫水力要素。

3.4.1 动水压强

动水压强在流动的液体中发生，用符号p表示。

在运动液体内部，由于粘滞性作用，任意界面上不仅有垂直于界面的压力，还有沿着界面作用的切力。和静止液体不同，在运动液体内部过同一点而方位不同的作用面上，压强的大小彼此不等。可以证明，过同一点，沿任意三个彼此垂直的方向作用的压强大小的平均值，是与方向无关的常数。这个常数就叫做该点的动水压强。这样定义的动水压强也是空间点坐标的标量函数。在流线为平行直线的均匀流断面上动水压强分布规律与静水压强相同。在流线近似于平行线的渐变流断面上，动水压强分布近似于静压分布。在流线弯曲或不平行或既弯曲又不平行的急变流断面上，由于离心惯性力的作用，动水压强分布规律不同于静水压强。

动水压强以及其特性是水力学中很重要的一个概念，建议读者参考相关水力学书籍详细了解。

3.4.2 过水断面

过水断面指与水流流动方向相垂直的横剖面，即与流线正交的液流横断面。过水断面可为平面，也可为曲面。在流线相互平行时，过水断面就为平面；否则过水断面为曲面。其基本几何要素有过水断面面积、湿周、水力半径等。

明渠中常见的横剖面有梯形、矩形、圆形、U形等。管道常见圆形。

过水断面面积A，按剖面的形状根据一定的集合关系求得，如矩形断面A=bh，其中b为渠底宽，h为水深。

湿周指过水断面上水体与固体壁面接触的周界线，常用χ表示，矩形断面χ=b+2h。容易得出，湿周越大，水流受到的阻力也越大。

水力半径R指过水断面面积A与湿周χ之比，即：

3.4.3 液体流速与流量

1.流量

将流过具有某一确定截面的流体的体积或质量与时间之比称为流量。其中，用流体的体积与时间之比来表示流量时，称为体积流量，即单位时间内通过某一过水断面的液体体积称为流量，用Q表示。常用的单位是m³/s；如果用流体的质量与时间之比表示流量时，则称为质量流量。

微小流束流量：

式中 u——过水断面上的流速；

A——过水断面的面积。

则流体在整个截面上的体积流量Q可由通过对过水断面面积的积分求得：

在此，对质量流量不做具体介绍，本书所介绍的只涉及到体积流量。

通过以上两式可知，要通过式（3-15）求得流量，就必须要知道过水断面的流速u的具体表达式，而流速u的具体表达式一般情况下很难得到，因而在工程实际中，通常采用直接法或间接法来测得流量值。对于河渠或管道而言，流量值的大小反映了它们运输液体能力的大小。

2.断面平均流速

过水断面上各点的流速一般并不一定相同，而且流速的分布也不容易确定，在量水过程中，为方便计算，采用断面平均流速，即过水断面各点实际流速的平均值，用符号v表示。

流量与过水断面的比值称为断面平均流速。单位是m/s。