流体力学基础 (2)精选文档.ppt

流体力学基础本讲稿第一页，共四十一页v恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度等参数都不随时间而变化。（或称定常流动、非时变流动）v反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就称非恒定流动（或称非定常流动、时变流动）。v一维流动：液体的流动参数仅仅是一个坐标的函数。本讲稿第二页，共四十一页2.流线、流管、流束、通流截面v流线是某一瞬间液流中一条条标志其质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时液流方向与该点的切线方向重合 由于液流中每一点在每一瞬间只能有一个速度，因而流由于液流中每一点在每一瞬间只能有一个速度，因而流线既不能相交，也不能转折，它是一条条光滑的曲线。线既不能相交，也不能转折，它是一条条光滑的曲线。本讲稿第三页，共四十一页v在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面称为流流管管，流管内所有流线的集合称为流流束束。根据流线不能相交的性质，流管内外的流线均不能穿越流管表面。v垂直于流束的的截面称为通流截面通流截面（或过流断面），通流截面上各点的运动速度均与其垂直。因此，通流截面可能是平面，也可能是曲面。本讲稿第四页，共四十一页v通流面积无限小的流束称为微小流束微小流束。3.流量和平均流速v单位时间内流过某一通流截面的液体体积称为流流量量。流量以q表示，单位为m/s或L/min。本讲稿第五页，共四十一页v当液流通过微小的通流截面dA时，液体在该截面上各点的速度u可以认为是相等的，所以流过该微小断面的流量为vdq=udAv则流过整个过流断面A的流量为本讲稿第六页，共四十一页本讲稿第七页，共四十一页本讲稿第八页，共四十一页4.层流、紊流、雷诺数层流、紊流、雷诺数 v液流是分层的，层与层之间互不干扰，液体的这种流动状态称为层流层流v液流不分层，处于紊乱状态，称为紊流紊流 v雷诺数雷诺数Re 本讲稿第九页，共四十一页v液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值较前者小，所以一般都用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数临界雷诺数，记作Rec。雷诺数的物理意义雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性力对粘性力的无因次比。当雷诺数较大时，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；当雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。本讲稿第十页，共四十一页对于非圆截面的管道vRe=4R/vvR为液体的水利半径，R=A/vA通流截面的面积；v 湿周长度，即通流截面上与液体相接触的管壁周长。(希腊字母读/kai/)本讲稿第十一页，共四十一页本讲稿第十二页，共四十一页二、连续性方程本讲稿第十三页，共四十一页本讲稿第十四页，共四十一页本讲稿第十五页，共四十一页本讲稿第十六页，共四十一页三、伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一处表达形式.v1、理想液体微小流束的伯努利方程本讲稿第十七页，共四十一页本讲稿第十八页，共四十一页外力对液体所作的功vW=p1dA1ds1-p2dA2ds2v=p1dA1 u 1 dt-p2dA2 u 2 dtv由连续性方程：dA1 u 1=dA2 u 2=dqv代入得：W=dqdt(p1-p2)v(2)液体机械能的变化v动能的变化：vEk=dqdtu22/2-dqdt u12/2v位能的变化：Ep=gdqdth2-gdqdth1v机械能的变化：E=Ek+Ep本讲稿第十九页，共四十一页根据能量守恒定律：v外力对液体所作的功，应等于其机械能的变化，v即：E=W物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体，具物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体，具有三种形式的能量。即压力能、动能和位能，它们有三种形式的能量。即压力能、动能和位能，它们之间可以相互转化，但在管道内任一处，单位重量之间可以相互转化，但在管道内任一处，单位重量的的液体所包含的这三种能量的总和是一定的。的的液体所包含的这三种能量的总和是一定的。本讲稿第二十页，共四十一页2 2、实际液体总流的伯努利方程、实际液体总流的伯努利方程 v式中，hw为能量损失。v1、2是动能修正系数，v其值与液体的流态有关，v紊流时等于1，层流时等于2。本讲稿第二十一页，共四十一页本讲稿第二十二页，共四十一页本讲稿第二十三页，共四十一页本讲稿第二十四页，共四十一页本讲稿第二十五页，共四十一页四、动量方程v刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量，即：v1、2动量修正系数，动量修正系数，v紊流时紊流时=1，v层流层流=4/3。本讲稿第二十六页，共四十一页v上式表明：v作用在液体控制体积上的外力的总和，等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体动量之差。作用在固体壁面上的力是：作用在固体壁面上的力是：本讲稿第二十七页，共四十一页求滑阀阀芯所受的轴向稳态液动力。求滑阀阀芯所受的轴向稳态液动力。本讲稿第二十八页，共四十一页2-4 2-4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 v一、沿程压力损失v液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。v1.层流时的沿程压力损失v通流截面上的流速分布规律本讲稿第二十九页，共四十一页通过管道的流量通过管道的流量 v对于半径为r，宽度为dr的微小环形通流截面，面积dA=2rdr，所通过的流量本讲稿第三十页，共四十一页管道内的平均流速管道内的平均流速 沿程压力损失沿程压力损失 本讲稿第三十一页，共四十一页为沿程阻力系数v对于圆管层流，理论值=64/Re。v实际计算时，对金属管取=75/Re，v橡胶管=80/Re。v2.紊流时的沿程压力损失v=f（Re，/d），v对于光滑管，对于光滑管，=0.3164Re-0.25；v对于粗糙管，对于粗糙管，的值可以根据不同的的值可以根据不同的Re和和/d从手册上从手册上有关曲线查出。有关曲线查出。本讲稿第三十二页，共四十一页二、局部压力损失v液体流经管道的弯头、管接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失。式中式中 局部阻力系数。局部阻力系数。qn阀的额定流量；阀的额定流量；pn阀在额定流量阀在额定流量qn下的压力损失；下的压力损失；q通过阀的实际流量。通过阀的实际流量。本讲稿第三十三页，共四十一页本讲稿第三十四页，共四十一页本讲稿第三十五页，共四十一页本讲稿第三十六页，共四十一页三、管路中的总压力损失v整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即 从公式可以看出，减小流速，缩短管道长度，减从公式可以看出，减小流速，缩短管道长度，减少管道截面的突变，提高管道内壁的加工质量等，少管道截面的突变，提高管道内壁的加工质量等，都可使压力损失减小。都可使压力损失减小。本讲稿第三十七页，共四十一页本讲稿第三十八页，共四十一页本讲稿第三十九页，共四十一页本讲稿第四十页，共四十一页本讲稿第四十一页，共四十一页