第三章-水流運(yùn)動(dòng)的基本原理課件

水力學(xué)1可編輯課件PPT內(nèi)容回顧第二章水靜力學(xué)

液體主要物理力學(xué)性質(zhì)水力學(xué)的任務(wù)及其應(yīng)用

液體的基本特性連續(xù)介質(zhì)假設(shè)理想液體的概念作用于液體上的力密度容重粘滯性壓縮性表面張力特性2可編輯課件PPT內(nèi)容回顧第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

壓強(qiáng)的單位和量測(cè)靜水壓強(qiáng)及其特性

靜水壓強(qiáng)的基本規(guī)律

作用于平面壁上的靜水壓力作用于曲面壁上的靜水總壓力圖解法

解析法

測(cè)壓管

水銀測(cè)壓計(jì)

差壓計(jì)

第二章回顧

3可編輯課件PPT本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章研究液體運(yùn)動(dòng)的基本方程式及其應(yīng)用，并簡(jiǎn)要介紹如何運(yùn)用這些基本方程式分析解決實(shí)際工程問題。三大方程是分析水流現(xiàn)象，研究液體運(yùn)動(dòng)的重要“工具”，也是分析解決實(shí)際工程的水力學(xué)問題最重要的理論基礎(chǔ)。必須正確理解，明確建立這些方程式的條件和適用范圍，掌握其運(yùn)用。由于實(shí)際液體的粘滯性將發(fā)生作用，導(dǎo)致部分機(jī)械能的耗損，因而描述液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程式，一般比較繁雜，常常需要借助實(shí)驗(yàn)或原型觀測(cè)資料作補(bǔ)充和修正。

描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法，液體運(yùn)動(dòng)的基本概念；恒定總流的連續(xù)性方程及其應(yīng)用；恒定總流的能量方程及其應(yīng)用；恒定總流的動(dòng)量方程及其應(yīng)用。本章重點(diǎn)第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

4可編輯課件PPT第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

拉格朗日法

歐拉法

著眼于流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤質(zhì)點(diǎn)描述其運(yùn)動(dòng)歷程著眼于空間點(diǎn)，研究質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)空間各固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性是描述液體運(yùn)動(dòng)常用的一種方法。一、描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法5可編輯課件PPT第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

流線是指某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪出的一條空間曲線，在該曲線上所有液體質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的流速矢量都與這一曲線相切。跡線是指液體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中不同時(shí)刻所占據(jù)位置的連線，也就是液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。6可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

流線有如下特征：（1）流線上所有各質(zhì)點(diǎn)的切線方向就代表了該點(diǎn)的流動(dòng)方向。（2）一般情況下，流線既不能相交，也不能是折線，而只能是一條連續(xù)光滑的曲線。（3）流線上的液體質(zhì)點(diǎn)只能沿著流線運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法無數(shù)條流線在流場(chǎng)中構(gòu)成流線圖.由流線圖可知（1）流線的形狀與固體邊界形狀有關(guān)（2）流線的疏密程度反映了流速的大小.7可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

流線在流場(chǎng)中，取一條不與流線重合的封閉曲線L，在同一時(shí)刻過

L上每一點(diǎn)作流線，由這些流線圍成的管狀曲面稱為流管。

與流線一樣，流管是瞬時(shí)概念。L流管二、

流管、微小流束、總流、過水?dāng)嗝?可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

與流動(dòng)方向正交的流管的橫斷面過水?dāng)嗝鏋槊娣e微元的流管叫元流管，其中的流動(dòng)稱為元流（微小流束）。

過水?dāng)嗝鏋橛邢廾娣e的流管中的流動(dòng)叫總流?？偭骺煽醋鳠o數(shù)個(gè)元流的集合。dA1u1過水?dāng)嗝鎑A2u2元流總流9可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

單位時(shí)間內(nèi)通過某一過水?dāng)嗝娴囊后w體積，稱為流量

，單位為m3/s三、水流的運(yùn)動(dòng)要素u1dA2dA1u210可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

設(shè)想過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速都均勻分布，且等于v，按這一流速計(jì)算所得的流量與按各點(diǎn)的真實(shí)流速計(jì)算所得的流量相等，則把流速v定義為斷面平均速度

，單位為m/s11可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

三、水流運(yùn)動(dòng)的類型

若流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的任何運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化，稱流動(dòng)為恒定流。否則，為非恒定流。

恒定流中，所有物理量的表達(dá)式中將不含時(shí)間，它們只是空間位置坐標(biāo)的函數(shù)，時(shí)變導(dǎo)數(shù)為零。

（一）恒定流、非恒定流

12可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

運(yùn)動(dòng)要素是否沿程變化？均勻流非均勻流（二）均勻流、非均勻流；漸變流、急變流

均勻流的流線必為相互平行的直線，而非均勻流的流線要么是曲線，要么是不相平行的直線。舉例。

注意：13可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

是否接近均勻流？漸變流流線雖不平行，但夾角較??；

流線雖有彎曲，但曲率較小。急變流流線間夾角較大；

流線彎曲的曲率較大。是否14可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

有無自由表面

有壓流無壓流（三）有壓流、無壓流、射流

有壓流主要是依靠壓力作用而流動(dòng)，而無壓流主要是依靠重力作用而流動(dòng)。舉例。

注意：15可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

任何實(shí)際流動(dòng)從本質(zhì)上講都是在三維空間內(nèi)發(fā)生的，二元和一元流動(dòng)是在一些特定情況下對(duì)實(shí)際流動(dòng)的簡(jiǎn)化和抽象，以便分析處理。

注意：

（四）一元流、二元流、三元流

一元流動(dòng)：只與一個(gè)空間自變量有關(guān)。二元流動(dòng)：與兩個(gè)空間自變量有關(guān)。三元流動(dòng)：與三個(gè)空間自變量有關(guān)。16可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第一節(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

在實(shí)際問題中，常把總流也簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)，但由于過水?dāng)嗝嫔系牧鲃?dòng)要素一般是不均勻的，所以一維簡(jiǎn)化的關(guān)鍵是要在過水?dāng)嗝嫔辖o出運(yùn)動(dòng)要素的代表值，通常的辦法是取平均值。s

一元簡(jiǎn)化

元流是嚴(yán)格的一維流動(dòng)。17可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第二節(jié)恒定總流連續(xù)性方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

幾個(gè)假定：恒定條件下，總流管的形狀、位置不隨時(shí)間變化。液體一般可視為不可壓縮的連續(xù)介質(zhì)，其密度為常數(shù)。沒有流體穿過總流管側(cè)壁流入或流出，流體只能通過兩個(gè)過流斷面進(jìn)出控制體。恒定總流的連續(xù)性方程A2QmQmA1

連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒定律對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本約束18可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第二節(jié)恒定總流連續(xù)性方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

根據(jù)質(zhì)量守恒定律：在單位時(shí)間內(nèi)通過A1流入控制體的流體質(zhì)量等于通過A2流出控制體的流體質(zhì)量。

恒定元流連續(xù)方程

19可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第二節(jié)恒定總流連續(xù)性方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

或恒定總流連續(xù)方程

或20可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第二節(jié)恒定總流連續(xù)性方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

在有分流匯入及流出的情況下，連續(xù)方程只須作相應(yīng)變化。質(zhì)量的總流入=質(zhì)量的總流出。21可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

A2QmA1

能量方程——能量轉(zhuǎn)化與守恒原理對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本約束動(dòng)能勢(shì)能能量損失位置勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能22可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

一、微小流束的能量方程單位總能量單位動(dòng)能單位壓能單位位能單位勢(shì)能23可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

一、微小流束的能量方程這是水力學(xué)中普遍使用的伯努利方程24可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

急變流同一過流斷面上的測(cè)壓管水頭不是常數(shù)25可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

三.恒定總流的能量方程總流是無數(shù)元流的累加恒定總流恒定元流26可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

解決測(cè)壓管

水頭的積分尋求平均

測(cè)壓管水頭均勻流或漸變流過水?dāng)嗝嫔蠝y(cè)壓管水頭為常數(shù)。用斷面平均流速v

代替實(shí)際流速u，解決流速

水頭的積分27可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

三.恒定總流的能量方程恒定總流28可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

實(shí)際流體恒定總流

的能量方程分析水力學(xué)問題最常用也是最重要的方程式29可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

四、能量方程的意義單位重量流體所具有的位置勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位勢(shì)能）單位重量流體所具有的壓強(qiáng)勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位壓能）單位重量流體所具有的總勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位勢(shì)能）單位重量流體所具有的動(dòng)能（簡(jiǎn)稱單位動(dòng)能）30可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

四、能量方程的意義表示能量的平衡關(guān)系。水流總是從總機(jī)械能大的地方流向總機(jī)械能小的地方

能量方程的物理意義單位重量流體所具有的總機(jī)械能（簡(jiǎn)稱單位總機(jī)械能）31可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

四、能量方程的意義單位重量流體所具有的位置水頭（又稱單位勢(shì)能）單位重量流體所具有的壓強(qiáng)水頭（又稱單位壓能）單位重量流體所具有的測(cè)壓管水頭（又稱單位勢(shì)能）32可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

總水頭線為一條逐漸下降的直線或曲線

能量方程的幾何意義總水頭（又稱單位總機(jī)械能）單位重量流體所具有的流速水頭（或單位動(dòng)能）33可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

位置水頭線一般為總流斷面中心線。測(cè)壓管水頭線可能在位置水頭線以下，表示當(dāng)?shù)貕簭?qiáng)是負(fù)值。恒定總流能量方程的幾何表示——水頭線

注意：34可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第三節(jié)恒定總流連能量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

水力坡度稱為水力坡度水頭線的斜率冠以負(fù)號(hào)測(cè)壓管坡度

稱為測(cè)壓管坡度35可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)應(yīng)用條件

必須是恒定流，液體不可壓縮計(jì)算斷面本身應(yīng)滿足均勻流或漸變流的條件質(zhì)量力只有重力，無慣性力兩斷面間沒有流量的匯入或分出36可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)

基準(zhǔn)面選取；計(jì)算斷面選??；計(jì)算點(diǎn)的選取；壓強(qiáng)表示

舉例37可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

實(shí)際使用中，在測(cè)得h，計(jì)算流速u

時(shí)，還要加上畢托管修正系數(shù)c，即38可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

文得里流量計(jì)的應(yīng)用39可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

根據(jù)恒定總流連續(xù)方程又有40可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

聯(lián)立求解，得

41可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

當(dāng)使用水銀壓差計(jì)時(shí)，42可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

三.有能量輸入或輸出的能量方程

1、2斷面之間單位重量液體從水力機(jī)械獲得（取+號(hào)，如水泵）或給出（取-號(hào)，如水輪機(jī)）的能量43可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

計(jì)算水流與固體邊界的相互作用力問題

一.恒定總流的動(dòng)量方程運(yùn)動(dòng)物體單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化等于物體所受外力的合力

44可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

按照動(dòng)量守恒定律動(dòng)量定律：微小流束動(dòng)量：45可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

用斷面平均流速v

代替u：大于1.0的數(shù)，其大小取決于斷面上的流速分布。在一般的漸變流中的值為1.02-1.05.為簡(jiǎn)單起見，也常采用=1.0動(dòng)量修正系數(shù)*********46可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

恒定總流動(dòng)量方程建立了流出與流進(jìn)控制體的動(dòng)量流量之差與控制體內(nèi)流體所受外力之間的關(guān)系，避開了這段流動(dòng)內(nèi)部的細(xì)節(jié)。對(duì)于有些水力學(xué)問題，能量損失事先難以確定，用動(dòng)量方程來進(jìn)行分析常常是方便的。恒定總流動(dòng)量方程是矢量方程，實(shí)際使用時(shí)一般都要寫成分量形式一維恒定總流動(dòng)量方程或47可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

二.恒定總流動(dòng)量方程應(yīng)用舉例液流為恒定流；液體為連續(xù)、不可壓縮的液體；所選的兩個(gè)過水?dāng)嗝姹仨殲闈u變流斷面。適用條件

注意事項(xiàng)選取脫離體（上下游斷面取在漸變流段上）；選取合適的坐標(biāo)軸，分析外力；把動(dòng)量方程寫成分量形式求解；聯(lián)立其他方程求解舉例48可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

二.求解恒定總流問題的幾點(diǎn)說明

恒定總流的三大方程，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，有一個(gè)聯(lián)用的問題，應(yīng)根據(jù)情況靈活運(yùn)用。

在有流量匯入或分出的情況下，要按照三大方程的物理意義正確寫出它們的具體形式。49可編輯課件PPT液體運(yùn)動(dòng)的三大方程

連續(xù)方程：課后小結(jié)50可編輯課件PPT能量方程：動(dòng)量方程：課后小結(jié)51可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

52可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

53可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

54可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

[例]一水位不變的敞口水箱，通過下部一條直徑d＝200mm的管道向外供水。已知水箱水位與管道出口斷面中心高差為3.5m，管道水頭損失為3m。試求管道出口的流速和流量。55可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

繼續(xù)56可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

57可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

58可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

繼續(xù)59可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

60可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

61可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

繼續(xù)62可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

63可編輯課件PPT

典型例題第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

64可編輯課件PPT

典型例題返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

65可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例

對(duì)有流量的分出：66可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例67可編輯課件PPT第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例

對(duì)有流量匯入：68可編輯課件PPT返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第四節(jié)能量方程的應(yīng)用條件及應(yīng)用舉例69可編輯課件PPT返回第三章水流運(yùn)動(dòng)的基本原理

第