流量與流速的關(guān)系

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上論液（氣）體的流量、流速與密度的關(guān)系廣東省博羅縣高級(jí)中學(xué)（）   林海兵摘要：流體特別是液體，在管道中的流動(dòng)時(shí)，人們把其質(zhì)量流量等效于體積流量，這是建立在不可壓縮、沒有粘性的“理想流體”模型基礎(chǔ)上的理論。關(guān)鍵詞：流管，液（氣）體，流量，流速，密度1   人們對(duì)液體密度的認(rèn)識(shí)筆者首先摘錄一段文字，來說明人們對(duì)液體密度的認(rèn)識(shí)無論是氣體還是液體都是可壓縮的，有人曾經(jīng)對(duì)水和水銀等液體的壓縮性進(jìn)行了測(cè)量，在500大氣壓下，每增加一大氣壓，水的體積的減少量不到原體積的兩萬分之一，水銀體積的減少量不到原體積的百萬分之四，因?yàn)閴嚎s量很小，通常均

2、可不考慮液體的可壓縮性。氣體的可壓縮性則非常明顯，譬如用不太大的力推動(dòng)活塞即可使氣缸中的氣體壓縮，又如地球表面的大氣密度隨高度的增加而減小，也說明氣體的可壓縮性。但是，因?yàn)闅怏w密度小，即使壓力差不太大，也能夠迅速驅(qū)使密度較大處的氣體流向密度較小的地方，使密度趨于均勻；又若流動(dòng)氣體中各處的密度不隨時(shí)間發(fā)生明顯的變化，氣體的可壓縮性就可以不必考慮。然而若氣體速度接近或者超過專聲速，因氣體運(yùn)動(dòng)所造成的各處密度差來不及消失，這時(shí)氣體的可壓縮性會(huì)變得非常明顯，不能再看是不可壓縮的?？傊?，在一定問題中，若可不考慮流體的壓縮性便可將它抽象為不可壓縮流體的理想模型，反之，則需看作是可壓縮流體。1以上文字摘自漆

3、安慎、杜嬋英的高等學(xué)校試用教材力學(xué)基礎(chǔ)（1982年12月第1版）第508頁。從上述論述中，我們都可知道這樣一個(gè)事實(shí)，任何（由原子分子構(gòu)成的）物體都可以被壓縮，只是不同的物體在同一條件下的壓縮量不盡相同；我們還可以知道這樣的第二個(gè)事實(shí)，自然界存在著大量的壓縮量相當(dāng)微小可以是微不足道的物體，液體也就其中的一種，人們常常把這些微不足道的形變量忽略了，把它當(dāng)成不可壓縮的物體；我們還可以看到第三個(gè)事實(shí)，當(dāng)人們把這些壓縮量很小的液體當(dāng)成不可壓縮的理想流體的時(shí)候，人們壓根兒就沒有考慮過這些被人們當(dāng)成為不可壓縮的理論流體是否會(huì)發(fā)生體積的膨脹。也因?yàn)檫@樣，在經(jīng)典物理學(xué)中所研究的液體，通常都是密度從不發(fā)生變化的流

4、體。2   管道中液體的流量我們見到的流體，既有開放的也有封閉的，氣體也是流體，理想氣體是物理學(xué)中研究得很多的液體，在研究時(shí)，人們把理想氣體放入一個(gè)容器中，故這是封閉的理想氣體。除了理想氣體之外，人們還經(jīng)常見到在管道、容器等器具中的水，這些都是具有封閉性質(zhì)的液體。也許是受到這么許多實(shí)際情況的影響，使人們對(duì)液體的運(yùn)動(dòng)也采用封閉型的研究，即使對(duì)于原本是開放型的流體，人們也要固執(zhí)地把它轉(zhuǎn)化為封閉型，在本沒有管道的流體中人為地假設(shè)了一條一條的管道，把它稱為流管，流體就在這些子無虛有的流管中運(yùn)動(dòng)。在確定了流體流動(dòng)的管道之后，人們認(rèn)為接下來要研究要關(guān)注的對(duì)象便是流體在管道中的流量了。流

5、量是什么？流量的原始定義應(yīng)該是單位時(shí)間內(nèi)通過管道某橫截面的流體的質(zhì)量，即。因?yàn)榱黧w的質(zhì)量與密度、體積關(guān)系為，其體積又有，其中是流管的橫截面積即液體柱的底面積，則是液體柱的長度，故。人們正是利用了流體的壓縮量很小可以忽略的特點(diǎn)，認(rèn)為流體的密度是不變的，而流管的某處橫截面積當(dāng)然也是不變的，故流量，不難看出，正好是流體流經(jīng)該橫截面的速度，所以。對(duì)于同種流體而言，由于其密度是不變的常數(shù)，故把兩邊同時(shí)除以，得到。人們把稱為質(zhì)量流量，把稱為體積流量?？梢?，在經(jīng)典物理學(xué)中，流管中的流體流量總是與其流速大小成正比。人們認(rèn)為，在同一流管中，同一時(shí)刻流入與流出任何一個(gè)體積空間的流體質(zhì)量都是相等的，所以流入流出該體

6、積空間的流體體積也是相等的，人們也它稱為流體的連續(xù)性原理。根據(jù)此原理我們可知，同時(shí)流過同一流管任意兩個(gè)橫截面的流量相等，即或。3   液體在管道中的速度變化從以上的流量公式、與流體連續(xù)性原理、，我們很容易知道，如果流體運(yùn)動(dòng)的流管的橫截面積是變化的，那么流體在流管中的流動(dòng)速度也一定是變化的，比如若則，反之。我們不妨假設(shè)流體先通過橫截面再通過，如若，則說明流體在作加速運(yùn)動(dòng)，反之則作減速運(yùn)動(dòng)?？傊?，只要流管的橫截面積不同，流體在其內(nèi)流動(dòng)一定作變速運(yùn)動(dòng)。4   液體在管道中的密度變化我們都知道，我們所知道的任何宏觀物體，無論是固體還是液體抑或是氣體，都是由原子（分子）構(gòu)成的，所以，筆者在此，撇開了經(jīng)典物理學(xué)流量的研究方法，而是把構(gòu)成流體的原子（分子）作為研究對(duì)象。此時(shí)，對(duì)于任何一條流管的任何一個(gè)橫截面，流過這個(gè)橫截面的流體原子（分子）總是具有先后之分。在穩(wěn)定的流體中，在某一個(gè)流管橫截面的流速是穩(wěn)定的，而同一流管不同的橫截面，筆者認(rèn)為，雖然存在著橫截面積越小，流速越大，但是流體流速并不與其橫面積成反比，而有這樣的關(guān)系。即流管的體