第四章流體動力學(xué)2ppt課件

1、三、三、 總流伯諾里方程總流伯諾里方程 設(shè)截面設(shè)截面1、2在緩變流區(qū)，在緩變流區(qū)， =C，那么，那么 QwQQQQQhQQguQQpzQQguQQpzQd1d21d1d21d122222111pzQpzQQd1QgvQguQ2d2122QwwhQhQd1212222211122QwQgdQdthgupzgdQdtgupzwhgvpzgvpz222222221111whgvpzgvpz2222222111上次課主要內(nèi)容回顧三、三、 總流伯諾里方程總流伯諾里方程應(yīng)用條件：應(yīng)用條件： 不可壓縮流體；不可壓縮流體； 作定常流動；作定常流動；重力場中；重力場中； 緩變流截面。緩變流截面。中途無流量出、入

2、，如中途無流量出、入，如有方程式仍近似成。有方程式仍近似成。中途無能量出、入。中途無能量出、入。whgvpzHgvpz2222222111三、三、 總流伯諾里方程總流伯諾里方程應(yīng)用步驟：應(yīng)用步驟：取緩變流截面。（取研究對象要求己知參數(shù)要多，取緩變流截面。（取研究對象要求己知參數(shù)要多，并包括要求解的問題。并包括要求解的問題。取基準(zhǔn)面。（水平面取低一些，使取基準(zhǔn)面。（水平面取低一些，使z為正。為正。確定確定p的基準(zhǔn)相對或絕對）。當(dāng)流動流體是氣體時，的基準(zhǔn)相對或絕對）。當(dāng)流動流體是氣體時，應(yīng)用絕對壓強(qiáng)。如用相對壓強(qiáng)方程式的形式為：應(yīng)用絕對壓強(qiáng)。如用相對壓強(qiáng)方程式的形式為：列方程。列方程。解方程。解方

3、程。 waghvpgzzvp222212211122例例 4-1wdshdQgHHH4221421H1 . 02 . 0114. 3360020048 . 92130042 某礦井輸水高度某礦井輸水高度Hs+Hd=300m，排水管直徑，排水管直徑d2=0.2m,流量流量Q =200m3/h，總水頭損失，總水頭損失hw =0.1H，試求水泵揚(yáng)，試求水泵揚(yáng)程程H應(yīng)為多少應(yīng)為多少?(揚(yáng)程是單位重量流體流經(jīng)泵時獲得的能揚(yáng)程是單位重量流體流經(jīng)泵時獲得的能量量)解：解：1.取研究截面取研究截面1-1、2-22.取基準(zhǔn)面取基準(zhǔn)面1-13.取相對壓強(qiáng)。取相對壓強(qiáng)。4.列方程列方程H = 337m礦水礦水222

4、4dQvwhgvpzHgvpz2222222111HddH10第七節(jié)孔口及管嘴出流第七節(jié)孔口及管嘴出流 一、一、 孔口出流的分類孔口出流的分類小孔口出流小孔口出流大孔口出流大孔口出流定常出流定常出流非定常出流非定常出流第七節(jié)第七節(jié) 伯偌里方程的應(yīng)用伯偌里方程的應(yīng)用 一、一、 孔口出流孔口出流Hdd)43(有限空間出流無限空間出流有限空間出流無限空間出流薄壁孔口出流薄壁孔口出流管嘴出流管嘴出流自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流二、定常薄壁小孔口自二、定常薄壁小孔口自由無限空間出流由無限空間出流gvhhgvpgvpHww22221211200第七節(jié)第七節(jié) 孔口及管嘴出流孔口及管嘴出流 出流特點(diǎn)：自由

5、出流、出出流特點(diǎn)：自由出流、出口收縮?？谑湛s。 Ca=A1/A 0.620.64A:孔口面積孔口面積120002pgvpHH令0012211gHCgHvv作用水頭作用水頭流速系數(shù)流速系數(shù)Cv0.960.99理論流速理論流速實(shí)際流速實(shí)際流速二、定常薄壁小孔口自二、定常薄壁小孔口自由無限空間出流由無限空間出流第七節(jié)第七節(jié) 孔口及管嘴出流孔口及管嘴出流 出流特點(diǎn)：自由出流、出出流特點(diǎn)：自由出流、出口收縮?？谑湛s。 Ca=A1/A 0.620.64A:孔口面積孔口面積0012211gHCgHvv0001122QCgHACgHACCvAQqqva實(shí)際流量實(shí)際流量流量系數(shù)流量系數(shù)Cq=0.600.62理論

6、流量理論流量第七節(jié)第七節(jié) 孔口及管嘴出流孔口及管嘴出流Cd(34)dvCvc三三.圓柱形外伸管嘴出流圓柱形外伸管嘴出流出流特點(diǎn)：管內(nèi)收縮出流特點(diǎn)：管內(nèi)收縮,自由滿管出流，出口自由滿管出流，出口無收縮。無收縮。Ca=A1/A=1，但，但Ac/A10011gvgvdlhhgvpgvpHww22222121211200120002pgvpHH令0012211gHCgHdlvv82. 0vC0001122QCgHACgHACCvAQqqva82. 0qCH第七節(jié)第七節(jié) 孔口及管嘴出流孔口及管嘴出流Cd(34)dvCvc三三.圓柱形外伸管嘴出流圓柱形外伸管嘴出流出流特點(diǎn)：管內(nèi)收出流特點(diǎn)：管內(nèi)收縮、自由滿

7、管出流、縮、自由滿管出流、出口無收縮。出口無收縮。Ca=10011gvhhgvpgvpHwwcc22221022000,00vppa令HHgvgppcca2120 由于收縮斷面在管嘴由于收縮斷面在管嘴內(nèi)，壓強(qiáng)要比孔口出流內(nèi)，壓強(qiáng)要比孔口出流時的零壓低，必然會提時的零壓低，必然會提高吸出流量的能力。高吸出流量的能力。 原理：彎成直角的玻璃管兩端開口，一端的開口原理：彎成直角的玻璃管兩端開口，一端的開口面向來流，另一端的開口向上，管內(nèi)液面面向來流，另一端的開口向上，管內(nèi)液面高出水面高出水面h h，水中的，水中的A A端距離水面端距離水面H0H0。二、皮托管二、皮托管BAhH0由由B B至至A A建

8、立伯努利方程建立伯努利方程ABBppv220gHpB)(0hHgpAghppvBAB2)(2)(2BAppv 靜壓管與皮托管組合成一體，由差壓計(jì)給出總壓和靜壓的差靜壓管與皮托管組合成一體，由差壓計(jì)給出總壓和靜壓的差值，從而測出測點(diǎn)的流速。值，從而測出測點(diǎn)的流速。三、文丘里流量計(jì)三、文丘里流量計(jì)原理：文丘里管由收縮段和擴(kuò)張段組原理：文丘里管由收縮段和擴(kuò)張段組成，根據(jù)兩截面的靜壓差和截成，根據(jù)兩截面的靜壓差和截面積可計(jì)算管道流量。面積可計(jì)算管道流量。由伯努利方程由伯努利方程2222121122pvgzpvgz2121vAAv )(1 2)(2212212AAzgppv)(1 2)(2212212A

9、AzgppAqv流速：流速：體積流量：體積流量：四、虹吸管四、虹吸管 泉州豐澤大禹真空輸水科技有限公司的專利被列入吉尼斯世界紀(jì)錄大全。經(jīng)典理論為虹吸管的應(yīng)用設(shè)定了禁區(qū)，虹吸管最大直徑為600毫米，達(dá)到600毫米的虹吸管虹吸高度為6.5米，管長僅為數(shù)十米。而本專利在浙江黃石垅水庫大壩實(shí)施，吸管全長近百米，直徑達(dá)1.52米，跨越壩體高八米自動吸水。該發(fā)明打破世界記錄的四大項(xiàng)為：世界上直徑最大的虹吸管；直徑超過一米以上的虹吸管虹吸高度達(dá)8米；相同落差水頭的輸水距離最遠(yuǎn)；同等條件管徑、間隔、落差等的流量、流速最大。這項(xiàng)吉尼斯世界紀(jì)錄不僅管徑位居世界首位，而且虹吸高度突破“理論禁區(qū)”。目前實(shí)施工程的管長

10、達(dá)16公里，已儲備虹吸管最大直徑達(dá)到四米的設(shè)備技術(shù)，在落差滿足條件的情況下，虹吸輸水距離可達(dá)數(shù)百公里。由于虹吸管輸送任何液體不耗用任何動力，又可跨越比水面高八米的障礙物，該項(xiàng)專利技術(shù)已在長距離引水、自來水配水、水力發(fā)電、防汛抗旱、溢洪灌溉、水庫清淤、地下水回灌、海洋洋底礦產(chǎn)抽吸等領(lǐng)域展現(xiàn)良好應(yīng)用前景。補(bǔ)充例題三補(bǔ)充例題三20的水通過虹吸管從水箱吸至的水通過虹吸管從水箱吸至B點(diǎn)。虹點(diǎn)。虹吸管直徑吸管直徑d1=60mm，出口，出口 B處噴嘴直徑處噴嘴直徑 d230 mm。當(dāng)當(dāng) hi= 2 m、h2=4 m時，在不計(jì)水頭損失條件下，試時，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量和求流量和C點(diǎn)的壓強(qiáng)。點(diǎn)的壓強(qiáng)。

11、解：解：取緩變流截面，取緩變流截面，1-1，2-2。取基準(zhǔn)面，取基準(zhǔn)面，2-2。確定確定p的基準(zhǔn)，相對或絕對。的基準(zhǔn)，相對或絕對。 列方程。列方程。gvpzgvpz222222221111gvgh2100200222smghv/85. 8222smQ/00626. 03補(bǔ)充例題三補(bǔ)充例題三20的水通過虹吸管從水箱吸至的水通過虹吸管從水箱吸至B點(diǎn)。虹點(diǎn)。虹吸管直徑吸管直徑d1=60mm，出口，出口 B處噴嘴直徑處噴嘴直徑 d230 mm。當(dāng)當(dāng) hi= 2 m、h2=4 m時，在不計(jì)水頭損失條件下，試時，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量和求流量和C點(diǎn)的壓強(qiáng)。點(diǎn)的壓強(qiáng)。解：解：取緩變流截面，取緩變流截

12、面，2-2，3-3。取基準(zhǔn)面，取基準(zhǔn)面，2-2。確定確定p的基準(zhǔn)，相對或絕對。的基準(zhǔn)，相對或絕對。列方程。列方程。gvpzgvpz2222222233332233vAvA補(bǔ)充例題三補(bǔ)充例題三20的水通過虹吸管從水箱吸至的水通過虹吸管從水箱吸至B點(diǎn)。虹點(diǎn)。虹吸管直徑吸管直徑d1=60mm，出口，出口 B處噴嘴直徑處噴嘴直徑 d230 mm。當(dāng)當(dāng) hi= 2 m、h2=4 m時，在不計(jì)水頭損失條件下，試時，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量和求流量和C點(diǎn)的壓強(qiáng)。點(diǎn)的壓強(qiáng)。解：解：列方程。列方程。gvpzgvpz2222222233332233vAvAggvpc285. 80024222385. 803

13、. 0406. 04232vKPapc22五、集流器五、集流器 集流器是風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)中常用的測量流量的裝置。該裝置前面為一圓弧形或圓錐形入口，在直管段上沿圓周四等分地安置四個靜壓測孔，并連在一起接到U形管壓差計(jì)上，測出這一壓差，就可計(jì)算出流量。 例例4-54-5集流器的直徑為200mm。當(dāng)測壓管中的水柱高度為250mm時，求集流器的吸氣量?？諝饷芏热?.29 kg/m3 解：解：列無窮遠(yuǎn)截面和測壓斷面的伯努利方程gvpzgvpz2222222111由于01v12zz ghppw12所以ghvw22第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 原理：動量定律拉）原理：動量定律拉）dtvmdF1F3F2F32

14、1FFFFtvmvmdtvmdtttt0lim義務(wù)：將上式轉(zhuǎn)換到歐拉方法體系中。義務(wù)：將上式轉(zhuǎn)換到歐拉方法體系中。第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 t時刻系統(tǒng)t時刻控制體t+t時刻系統(tǒng)t+t時刻控制體iMt時間內(nèi)流入控制體的動量oMt時間內(nèi)流出控制體的動量t時刻系統(tǒng)的動量是tMt時刻控制體動量是tMt+t時刻系統(tǒng)的動量ttMt+t時刻控制體動量ttMiotttMMMMMMttt第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 t時刻系統(tǒng)t時刻控制體t+t時刻系統(tǒng)t+t時刻控制體iMt時間內(nèi)流入控制體的動量oMt時間內(nèi)流出控制體的動量iotttMMMMMMttttMMtMMtMMiottttttttt0

15、00limlimlimtMMFtttt0lim第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 t時刻系統(tǒng)t時刻控制體t+t時刻系統(tǒng)t+t時刻控制體iMt時間內(nèi)流入控制體的動量oMt時間內(nèi)流出控制體的動量tMMtMMtMMiottttttttt000limlimlimtMMdVutttttCV0lim第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 t時刻系統(tǒng)t時刻控制體t+t時刻系統(tǒng)t+t時刻控制體iMt時間內(nèi)流入控制體的動量oMt時間內(nèi)流出控制體的動量tMMtMMtMMiottttttttt000limlimlimtAduutAduutAduuCSCStCS120lim第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程 t時刻

16、系統(tǒng)t時刻控制體t+t時刻系統(tǒng)t+t時刻控制體iMt時間內(nèi)流入控制體的動量oMt時間內(nèi)流出控制體的動量CSCVAduudVutF在定常流時在定常流時CSnCSdAuuAduuFxy1vxv1yv12vxv2yv2yyyxxxvvQFvvQFvvQF112211221122xy11Ap22ApyyyyxxxxTApApFTApApFTApApF221122112211TT管壁對流體管壁對流體的作用力的作用力流體對管壁流體對管壁的作用力的作用力0mF第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：流動定常。流動定常。流體不可壓。流體不可壓。應(yīng)用步驟：應(yīng)用步驟：取研究對象。取研究對象。建立坐

17、標(biāo)系。建立坐標(biāo)系。分析速度。分析速度。分分析受力。析受力。列方程。列方程。解方程。解方程。本卷須知：本卷須知：用相對壓強(qiáng)。用相對壓強(qiáng)。在固結(jié)在地面的慣性坐標(biāo)系中。在固結(jié)在地面的慣性坐標(biāo)系中。用絕對速度。用絕對速度。第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程水流經(jīng)一彎管流入大氣，知：水流經(jīng)一彎管流入大氣，知：d1 = 100 mm，d2 = 75 mm，v2 = 23 m/s，水的重度為，水的重度為104 N/m3，求彎管上受到的力，求彎管上受到的力(不計(jì)損不計(jì)損失，不計(jì)重力失，不計(jì)重力)。 1v2v03011Ap022ApTyTxT解：解：xysmvddv/9 .122310075222121 ，0

18、/9 .1211yxvsmvsmvvsmvvyx/5 .115 . 02330sin/9 .19866. 02330cos022022第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：d1 = 100 mm，d2 = 75 mm，v2 = 23 m/s，水的重度為，水的重度為104 N/m3，求彎管上受到的，求彎管上受到的力力(不計(jì)損失，不計(jì)重力不計(jì)損失，不計(jì)重力)。 1v2v03011Ap022ApTyTxT解：解：xywhgvpzgvpz2222222111smvddv/9 .122310075222121 21zz 0whKPap

19、1851第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：d1 = 100 mm，d2 = 75 mm，v2 = 23 m/s，水的重度為，水的重度為104 N/m3，求彎管上受到的，求彎管上受到的力力(不計(jì)損失，不計(jì)重力不計(jì)損失，不計(jì)重力)。 1v2v03011Ap022ApTyTxT解：解：xyKPap1851kNApx 453. 11 . 04185211011yApxxxxvvQTF121453yyyyvvQTF12忽略質(zhì)量力忽略質(zhì)量力02222yxApAp第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：

20、水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：d1 = 100 mm，d2 = 75 mm，v2 = 23 m/s，水的重度為，水的重度為104 N/m3，求彎管上受到的，求彎管上受到的力力(不計(jì)損失，不計(jì)重力不計(jì)損失，不計(jì)重力)。 1v2v03011Ap022ApTyTxT解：解：xyxxxxvvQTF121453yyyyvvQTF129 .129 .1923075. 048 . 91000014532xT05 .1123075. 048 . 9100002yTNTx727NTy1192第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：水流經(jīng)一水平放置的彎管流入大氣，知：d1 =

21、 100 mm，d2 = 75 mm，v2 = 23 m/s，水的重度為，水的重度為104 N/m3，求彎管上受到的，求彎管上受到的力力(不計(jì)損失，不計(jì)重力不計(jì)損失，不計(jì)重力)。 TyTxT解：解：xyNTTxx727NTTyy1192xTyTT7271192tanxyTT06 .58第四章 小 結(jié)理想流體的運(yùn)理想流體的運(yùn)動方程式為：動方程式為：tuzpZtuypYtuxpXzyxdd1dd1dd1粘性流體的運(yùn)粘性流體的運(yùn)動方程式為：動方程式為：tuzuzpZtuyuypYtuxuxpXzzyyxxdd1dd1dd1222uuu管管管管測壓孔管測壓孔管測壓孔管測壓孔第四章 小 結(jié)cgupz22

22、gupzgupz2222222111理想流體沿微小流束的伯諾里方程可表理想流體沿微小流束的伯諾里方程可表示成示成或或 限制條件：限制條件： 理想不可壓縮流體；理想不可壓縮流體； 作定常流動；作定常流動； 作用于流體上的質(zhì)量力只有重力；作用于流體上的質(zhì)量力只有重力； 沿同一條流線沿同一條流線( (或微小流束或微小流束) )。第四章 小 結(jié)伯諾里方程具有以下物理意義及幾何意義：伯諾里方程具有以下物理意義及幾何意義：物理意義物理意義在符合限定條件下，單位重量流體的機(jī)在符合限定條件下，單位重量流體的機(jī)械能械能(位能、壓力能和動能位能、壓力能和動能)可以互相轉(zhuǎn)化，但總和不變?？梢曰ハ噢D(zhuǎn)化，但總和不變。幾

23、何意義幾何意義在符合限定條件下，沿同一流線的總水在符合限定條件下，沿同一流線的總水頭是個常數(shù)。頭是個常數(shù)。第四章 小 結(jié)whgupzgupz2222222111whgvpzgvpz2222222111粘性流體微小流束的伯諾里方程粘性流體微小流束的伯諾里方程粘性流體總流的伯諾里方程粘性流體總流的伯諾里方程whgvpzHgvpz2222222111 waghvpgzzvp222212211122wpvpvp2222211122第四章 小 結(jié)第四章 小 結(jié)第四章 小 結(jié)0012211gHCgHvv002QCgHACQqq第四章 小 結(jié)VAnAuvtFdduu12vvFQzzzyyyxxxvvQFvv

24、QFvvQF121212動量方程的一般表達(dá)式動量方程的一般表達(dá)式 當(dāng)流體作定常不可壓流動時當(dāng)流體作定常不可壓流動時第四章作業(yè)第四章作業(yè):4-1,4-2,4-4,4-54-6,4-7,4- 8,4-9,4-12,4-21,4-23第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程對一元不可壓定常流動來說，對一元不可壓定常流動來說，QQdQudQuF12321AnAnAnCSndAuudAuudAuudAuuF第八節(jié)第八節(jié) 動動 量量 方方 程程對一元不可壓定常流動來說，對一元不可壓定常流動來說，12312111222333111222QQAnAAdQdQdAudAudAuuuuuuF321AnAnAnAndAudAudAudAuuuuuF1011120222vvFQQ根據(jù)連續(xù)性方程有2Q2 = 1Q1 = Q，并取0 = 1，則上式可寫 F = Q(v2-v1) zzzyyyxxxvvQFvv