管道内流体的速度分布

  在管道横截面上流体速度轴向矢量的分布模式称为速度分布。它是通过多根直线之末端的一根曲线（或曲面）。这些直线是从沿着直径（或横截面）各个点上画出来的，它们平行于管道轴线并且在长度上比例于各点的轴向速度。在管道直径（或横截面）上多点处速度分布的图解表示法称为速度剖面。图2.1所示为两种典型的速度分布：层流和湍流的速度分布。

 

  层流是流体质点间相互不混杂，层次分明平滑的一种流动。在圆管中，当达到充分发展了时，其速度分布呈抛物面形状。

  湍流是流体质点间相互混杂面无层次的一种流动。在圆管中，当达到充分发展了时，其速度分布在管子中间部分流体的速度分布比较均匀，但在管壁处速度梯度较层流为大。

  层流和湍流相互转化时的雷诺数称为临界雷诺数Rec。对于圆形管道，Rec≈2300。

  当流体从管道人口处流入时，如图2.2所示，在流动方向的每个横截面上，如截面l、2、3．其流速分布不断地在发生变化，它称为发展着的速度分布。当流速分布从一个模截面到另一个横截面不再发生变化，这对称为充分发展的速度分布（或充分发展管流）。在阻流件的后面，流体都要先经过发展着的速度分布，然后达到充分发展管流。虽然流速分布在充分发展管流时已经稳定下来，但是管道内壁的粗糙度对它仍有影响。图2.3所示为光滑管和粗糙管的湍流流速分布，可以见到，粗糙管的流速分布要陡峭些。

    许多流量计都规定在流量校验时其流量计人口端管道中的速度分布应为充分发展管流。速度分布是流量计现场使用中最重要亦是最复杂的一种影响量。由于现场往往直管段长度不足，且流量计上游阻流件类型繁多，它们造成的非充分发展的速度分布主要是速度分布畸变和旋转流，第19章介绍一些情况。速度分布畸变用非对称性指数y来表征，它是速度分布对称性欠佳的无量纲参数，其表达式为

 

式中  y - 非对称性指数；

      Ui- 滑半径j的平均速度，是根据在该半径上局部速度测量佰来计算的；

      U - 平均速度；

      n - 测量半径的数目。

  旋转流是一种具有轴向和圆周速度分量的流动，旋转流用旋涡角来表征。旋涡角是横截面的某给定点的局部流速矢量与管道轴线之间的交角，旋涡角在整个横截面内是变化的。