流速与流量的测量原理 咱们别整那些虚头巴脑的术语堆砌,直接往回倒着看,水流是如何跑出来的。 先说个最基础的例子,就是那种像勺子一样倒水。你往水龙头上开,水流出来,那也是流动的。
这时候要是你想知道这水流起来有多快,你就得看水流过勺子边缘的角度。就像你在玩“打地鼠”游戏,水流就是那只鼠,你用手边缘贴住水流,它就滑走了。
要是你手离得忒远,水流根本没碰到盆沿,那它跑得再快也没办法,出于没受摩擦力。水越亲你手边,你掌边离水流越近,它跑得就越慢。
这时候你不用管它跑了多快,你只需求看水流能把你手边擦得湿不湿。湿不湿就是流速的直观说法。 这种好办的“勺子测流”实际上是流体力学里最原始的模型。当水流过细管的时候,水流本身就围着管子转,加上管子本身有摩擦,水流就被限制在管子的范围里,根本跑不出去。
这时候流速跟管子的粗细没直接关系,跟管壁粗糙程度相关。 再换个说法,就像你往杯子里注水。水从上面倒进去,底下那边先湿。
这时候杯子里的水层厚,流速就慢;要是你把杯子塞紧,要么杯子口特别窄,水一倒进去,底下立马就被压住了,流速就变慢了。
这时候你不用管水到底跑了多快,你只需求看杯子口那个地方湿没湿。 这就引出了我们常说的“管壁摩擦”。当水流过管道的时候,管壁就像个跟水流摩擦的大人,它会让水流受到阻力。
这时候水流跑得越快,它跟管壁摩擦的工夫就越久,要么说它受到的阻力就越大。
这就跟你在跑步一样,你跑得越快,你跟地面摩擦的工夫就越长,你消耗的能量就越多。
这时候你感觉到的阻力就越大。 可是,这种阻力又得分情况看。
要是管壁特别光滑,水流能滑得飞快;要是管壁特别粗糙,水流像泥巴一样粘在管子上,跑得就慢。
这时候你不能用“管得越细流速越快”这种好办粗暴的逻辑。出于要是管壁磨得特别滑,水流能够钻得比粗管还快;要是管壁又特别糙,水流能够堵得比细管还慢。 再来看个更实际的例子。你有一根管子,一头接水源,另一头接水龙头。你拿个测速仪贴在管口测流速。
这时候流速跟管子的粗细有直接关系。管子越粗,水流跟管壁接触的面积越大,水流受到的阻力就越大,流速就越慢。管子越细,水流跟管壁接触面积越小,流速就越快。
你想象一下,像一条挤拥挤的公交车,车厢越大,每个人走得越慢;车厢越小,每个人走得越快。
这就是为啥大管道里的水流比小管道里的水流慢,别看大管道里的水总量可能更大。 有时候你会认定这个逻辑有点绕,但换个角度想就通了。水流过管道的时候,实际上是在跟管壁形成摩擦。
这种摩擦会让水流受阻力。阻力越大,水流跑得越慢。阻力小,水流跑得就快。
故此,要是管子粗,水流跟管壁接触面积大,阻力就大,流速自然就慢;要是管子细,接触面积小,阻力就小,流速自然就快。 这就跟你在跑步比赛一样。
要是你穿运动鞋在平地上跑,跑得快肯定是出于鞋子减了阻力;要是你穿布鞋在湿滑的冰面上跑,跑得慢肯定是出于冰面摩擦大了。
这时候你管不了冰面多滑,你只关心鞋子跟冰面摩擦的大小。 再举个例子,你有一根直管,里面装了水。你拿个测速仪测流速,发现流速跟管子的粗细相关系。管子越粗,水流跑得越慢;管子越细,水流跑得越快。
那为啥呢?出于管子越粗,水流跟管壁的接触面积就越大,水流受到的阻力就越大,故此流速就越慢。
这就像你在路上开车,路越宽,你开得越慢;路越窄,你开得越快。 有时候你会认定这个逻辑有点反直觉,但换个角度想就通了。水流过管道的时候,实际上是在跟管壁形成摩擦。
这种摩擦会让水流受阻力。阻力越大,水流跑得越慢。阻力小,水流跑得就快。
故此,要是管子粗,水流跟管壁接触面积大,阻力就大,流速自然就慢;要是管子细,接触面积小,阻力就小,流速自然就快。 有时候你会认定这个逻辑有点反直觉,但换个角度想就通了。水流过管道的时候,实际上是在跟管壁形成摩擦。
这种摩擦会让水流受阻力。阻力越大,水流跑得越慢。阻力小,水流跑得就快。
故此,要是管子粗,水流跟管壁接触面积大,阻力就大,流速自然就慢;要是管子细,接触面积小,阻力就小,流速自然就快。 有时候你会认定这个逻辑有点反直觉,但换个角度想就通了。