挑战经典水力学理论

【摘 要】 ：本文结合一系列真空管道输水工程，对“真空高速流”的流态进
行了观测，讨论了其中遇到的主要水力学问题。指出空气阻力在现实工程中对于
入管水流的均匀性、平稳性和水头损失等水力问题都有着明显的作用和影响。阐
述了液流粘滞性根源理论存在的误区以及“真空流”出现后如何以全新眼光看待
液体能量损失问题。
【关键词】 ：真空高速流；水头损失； 水力学；气阻； 重力流；配水工程
⒈前言
水力学研究经历了漫长历程。早期的古典流体力学，在数学分析上系统、严
谨，但计算结果与实验不尽符合。随着生产发展的需要，一些工程师和实际工作
者，凭借实地观测和室内实验，得出经验公式，或在理论公式中引入经验系数以
解决实际工程问题。前者偏理论重数学，后者偏经验重实用，但两者之间存在着
一个难以磨合的能量损失问题，它的根源在哪里，它的数量有多大，成为基础水
力学理论研究中的重要内容。为了解决理想概念给实际流体求解带来的困难，科
学家们作出许多努力，将研究的重点转移到液体粘性上，创立了边界层理论、紊
流理论等，并在理想流体方程中添加粘性项使之适用于实际流体。液体的粘滞性
概念应运而生，成为产生能量损失的最大根源。它的影响力在水力学研究中是相
当深远的，几乎所有的流体工程，无论是设计施工还是运行监测，都离不开对水
头损失进行衡量与估算。
然而研究古典流体力学的数学、力学家们没有想到，在21 世纪的今天，他
们所论证的偏重于数学理论的理想流态模型可以在真空中存在，并且这种接近理
想的流态同样可以广泛应用于各类大型的实际工程当中，它的水头损失大大降低
了，“液体的粘滞性”几乎不存在了！这是一个惊人的发现！