第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(第8節(jié))課件

第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)◆主要內(nèi)容§3-1研究流體流動(dòng)的方法§3-2流體運(yùn)動(dòng)的基本概念83-3連續(xù)性方程§3-4理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程及伯諾利方程§3-5實(shí)際流體總流的伯努利方程§3-6泵對(duì)流體能量的增加§3-7系統(tǒng)與控制體(不講)§3-8穩(wěn)定流的動(dòng)量方程和動(dòng)量矩方程§3-8穩(wěn)定流的動(dòng)量方程和動(dòng)量矩方程前一節(jié)是從能量的角度研究液流在一定邊界條件下的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。本節(jié)著重從作用力的角度研究液流與固體邊界的相互作用。液流的連續(xù)方程和能量方程,它們?cè)诮鉀Q實(shí)際流體力學(xué)問(wèn)題時(shí)極為有用。但工程實(shí)踐中往往需要計(jì)算運(yùn)動(dòng)液體與固體邊壁相互間的作用力。當(dāng)有些流動(dòng)的水頭損失以及壓力與切應(yīng)力分布難以確定時(shí),應(yīng)用能量方程是無(wú)法求解的。為此,需要利用動(dòng)量方程。該方程將運(yùn)動(dòng)液體與固體邊壁相互間的作用力直接同運(yùn)動(dòng)液體的動(dòng)量變化聯(lián)系起來(lái)。它的優(yōu)點(diǎn)是不需知道流動(dòng)范圍內(nèi)部的流動(dòng)情況,而只需知道其邊界面上的流動(dòng)狀況。工程中應(yīng)用動(dòng)量方程來(lái)計(jì)算液流與固體邊界作用力的實(shí)例很多。例如在彎管處(圖2-40a),管道迫使液流轉(zhuǎn)變方向,液流對(duì)彎管便有一個(gè)反作用力,需要正確計(jì)算它以作為設(shè)計(jì)相應(yīng)的錨固措施的依據(jù)。又如液流通過(guò)鋼管的噴嘴時(shí)(圖2-40b)噴嘴內(nèi)壁作用著動(dòng)流體壓力和剪切力,這些作用力就靠接頭處螺栓承受的拉力來(lái)平衡。此外,如噴射液流對(duì)平板的沖擊力F的計(jì)算(圖2-41a)等。上面所提到的幾種作用力的計(jì)算問(wèn)題全是應(yīng)用動(dòng)量方程來(lái)解決的。固定彎管的鎮(zhèn)墩螺栓接頭(a)圖240在介紹動(dòng)量方程之前,先看一個(gè)實(shí)驗(yàn),圖2-41a為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖。液流從噴嘴射出,垂直沖擊在平板上,沖擊后的液流,在平板上轉(zhuǎn)了一個(gè)90°的方向向四周散開。平板與秤桿相連,由于液流沖擊力F對(duì)平板的作用,必須在秤桿的另一端加定的重量G,才能使秤桿平衡。如果改變射流的流量Q時(shí),則平衡的重量G也要改變,說(shuō)明射流對(duì)平板的沖擊力F也改變,而且F和Q成正比。如果把平板換成圖2-41b那種凹面板,射流沖擊到凹面板上以后再射出時(shí),它轉(zhuǎn)的方向就大于90°。通過(guò)量測(cè)可以看出,在射流流量Q相同的情況下,作用于凹面板的力大于作用于平板的力嘖嘴R射流砝碼重量平板(a)圖241由此可見,液流對(duì)固體邊界面的總作用力和流量以及作用前后流速的變化有關(guān)。那么這種關(guān)系又有什么數(shù)量上的規(guī)律呢?從力學(xué)上作用力等于反作用力的原則,平板對(duì)液流的反作用力R應(yīng)等于液流的作用力F。如果我們把作用在平板上的這股液流作為研究對(duì)象,上述關(guān)系就是液流受力與它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改