水动力学基础幻灯片.ppt

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1、水动力学基础第1页，共40页，编辑于2022年，星期六 拉格朗日法是固体力学常用的方法，此法中运动轨迹、拉格朗日法是固体力学常用的方法，此法中运动轨迹、速度、加速度之间的关系可表示为：速度、加速度之间的关系可表示为：由于液体的运动轨迹比较复杂，此法描述比较困难，因由于液体的运动轨迹比较复杂，此法描述比较困难，因此故除个别流动（波浪运动）外，一般不采用。此故除个别流动（波浪运动）外，一般不采用。3.1.2 欧拉（欧拉（Euler）法）法 欧拉法欧拉法以充满液体的空间，即流场为对象，观察不同以充满液体的空间，即流场为对象，观察不同时刻流场中各空间点上液体质点的运动参数（流速等），将时刻流场中各空间

2、点上液体质点的运动参数（流速等），将其汇总起来，就形成了对整个流场的描述。其汇总起来，就形成了对整个流场的描述。第2页，共40页，编辑于2022年，星期六欧拉法的运动参数例如：欧拉法的运动参数例如：式中式中x，y，z 为流场中的空间坐标，为流场中的空间坐标，t 为时间。为时间。于同一质点来说，又是时间的函数。因此加速度需采用复合于同一质点来说，又是时间的函数。因此加速度需采用复合函数求导数的方法求出，即函数求导数的方法求出，即 由于由于 x，y，z 为液体质点在为液体质点在 t 时刻的运动坐标，故对时刻的运动坐标，故对y第3页，共40页，编辑于2022年，星期六同理同理上式为欧拉法描述液体运动

3、中质点加速度的表达式，其中上式为欧拉法描述液体运动中质点加速度的表达式，其中为某空间点速度随时间的变化率，称为为某空间点速度随时间的变化率，称为时变加速度或当地加速度；其他各项则是该空间点速度由时变加速度或当地加速度；其他各项则是该空间点速度由空间点位置变化所引起的加速度，称为位变加速度或迁移空间点位置变化所引起的加速度，称为位变加速度或迁移加速度加速度。第4页，共40页，编辑于2022年，星期六例如，水箱里的水经水管流出例如，水箱里的水经水管流出水箱水位下降，两水箱水管中均有时变加速度；水箱水位下降，两水箱水管中均有时变加速度；水箱水位恒定不变，水箱水位恒定不变，两水箱水管中均两水箱水管中均

4、无时变加速度；无时变加速度；前面水箱水管管径不变，前面水箱水管管径不变，A、B两点速度相同，无位变加速度；两点速度相同，无位变加速度；ABAB后面水箱水管管径变化，后面水箱水管管径变化，A、B两点速度不同，有位变加速度。两点速度不同，有位变加速度。第5页，共40页，编辑于2022年，星期六 3.2 欧拉法的基本概念欧拉法的基本概念 （1）恒定流和非恒定流（）恒定流和非恒定流（steady and unsteady flows）恒定流恒定流流场中各空间点的运动要素（流速等）均不流场中各空间点的运动要素（流速等）均不随时间变化的流动，反之为非恒定流。对于恒定流随时间变化的流动，反之为非恒定流。对于

5、恒定流 恒定流时，时变加速度为零。恒定流时，时变加速度为零。前面的例子中，水箱水位不变为恒定流。前面的例子中，水箱水位不变为恒定流。（2 2）一元、二元和三元流动）一元、二元和三元流动 （one/two/three dimensional flows）流动参数（如流速）是三个空间坐标的函数，流动是流动参数（如流速）是三个空间坐标的函数，流动是三元的。其他依此类推。三元的。其他依此类推。第6页，共40页，编辑于2022年，星期六 （3）流线）流线 为形象地描述流动，特引入流线的概念。为形象地描述流动，特引入流线的概念。流线（流线（stream line）流场中的空间曲线，在同一瞬时流场中的空间曲

6、线，在同一瞬时线上各点的速度矢量与之相切。线上各点的速度矢量与之相切。两流线不能相交或为折线，而是光滑曲线或两流线不能相交或为折线，而是光滑曲线或直线。直线。u1u2u3 某时段内，液体质点经过的轨迹称迹线（某时段内，液体质点经过的轨迹称迹线（path line）。）。迹线与流线是完全不同的两个概念。恒定流时，流线迹线与流线是完全不同的两个概念。恒定流时，流线与迹线重合。与迹线重合。（4）均匀流和非均匀流）均匀流和非均匀流（uniform and nonuniform flows）流线为平行直线的流动为均匀流，否则为非均匀流。流线为平行直线的流动为均匀流，否则为非均匀流。第7页，共40页，编辑

7、于2022年，星期六 前面例子中，等直径管内的流动为均匀流动，变直径管前面例子中，等直径管内的流动为均匀流动，变直径管内的流动为非均匀流。内的流动为非均匀流。非均匀流又包括渐变流与急变流。非均匀流又包括渐变流与急变流。流线接近平行直线的流动为渐变流，否则为急变流。流线接近平行直线的流动为渐变流，否则为急变流。（5）元流与总流）元流与总流 流场中取一非流线的封闭曲线，通过曲线上各点的流流场中取一非流线的封闭曲线，通过曲线上各点的流线所构成的管状表面称为流管。线所构成的管状表面称为流管。由于流线不能相交，所以由于流线不能相交，所以液体不能从流管的侧壁流入或液体不能从流管的侧壁流入或流出。恒定流时，

8、流管形状保流出。恒定流时，流管形状保持不变。持不变。与流管上所有流线都正交的横断面称为过水断面（与流管上所有流线都正交的横断面称为过水断面（cross section）。流线相互平行时，过水断面为平面，否则为曲）。流线相互平行时，过水断面为平面，否则为曲面。面。第8页，共40页，编辑于2022年，星期六 过水断面为无限小时，流管及其内部的液体称为元流过水断面为无限小时，流管及其内部的液体称为元流（elementary flow）。元流的几何特征与流线相同。）。元流的几何特征与流线相同。过水断面为有限大小时，流管及其内部的液体称为总过水断面为有限大小时，流管及其内部的液体称为总流（流（total

9、 flow）。总流是由无数元流组成。）。总流是由无数元流组成。（6）流量与断面平均流速）流量与断面平均流速 单位时间内通过过水断面液体的体积，称为体积流单位时间内通过过水断面液体的体积，称为体积流量，简称流量（量，简称流量（flow rate/discharge），单位为立方米每，单位为立方米每秒（秒（m3/s）。）。若以若以dA表示元流过水断面面积，表示元流过水断面面积，u 表示该断面流速，表示该断面流速，则总流流量为则总流流量为 除体积流量外，还可有质量流量及重量流量等。除体积流量外，还可有质量流量及重量流量等。第9页，共40页，编辑于2022年，星期六 总流过水断面上各点的速度总流过水断

10、面上各点的速度 u 一般是不相等的。一般是不相等的。以管流为例，管壁处流速最小（为以管流为例，管壁处流速最小（为0），管轴处最大。），管轴处最大。为便于计算，设想过水断面上流速均匀分布，即各点为便于计算，设想过水断面上流速均匀分布，即各点流速相同，通过的流量与实际相同，于是定义流速相同，通过的流量与实际相同，于是定义v 为该断面为该断面的断面平均流速（的断面平均流速（mean velocity），表示为，表示为 或或A Auv第10页，共40页，编辑于2022年，星期六 3.3 连续性方程（连续性方程（continuity equation）流场中取一段总流，两端过水断面面积分别为流场中取一段

11、总流，两端过水断面面积分别为A1和和A2。总流中任取一元流，两端过水断面面积分别为总流中任取一元流，两端过水断面面积分别为 dA1 和和dA2，流速分别为，流速分别为 u1 和和 u2。考虑到考虑到：形状不变；形状不变；（2）连续介质，元流内部无间隙；）连续介质，元流内部无间隙；（1）恒定流时，元流）恒定流时，元流A1 A2 u1 u2 dA1 dA2 （3 3）流线性质，流管侧壁无液体流入流出）流线性质，流管侧壁无液体流入流出。根据质量守恒定律，单位时间内从根据质量守恒定律，单位时间内从dA1流入液体的质量流入液体的质量等于从等于从dA2 流出液体的质量，即流出液体的质量，即第11页，共40

12、页，编辑于2022年，星期六 上式是在总流沿程无分流或合流条件下得出的，若总流上式是在总流沿程无分流或合流条件下得出的，若总流沿程流量有变化，则所有流量变化可表示为沿程流量有变化，则所有流量变化可表示为 对于不可压缩液体，有对于不可压缩液体，有 对总流过水断面积分，得对总流过水断面积分，得或或于是于是或或 连续性方程是质量守恒定律的水力学表达式。连续性方程是质量守恒定律的水力学表达式。第12页，共40页，编辑于2022年，星期六问题一：问题一：水由水箱经等直径圆管满管向下流，沿途流速如何变化水由水箱经等直径圆管满管向下流，沿途流速如何变化？问题二：问题二：M I T（Massachusetts

13、 Institute of Technology）教学楼下的风。）教学楼下的风。100100 mile/hr第13页，共40页，编辑于2022年，星期六3.5 伯努利方程伯努利方程x 理想液体内取边长分别为理想液体内取边长分别为dx,dy,dz的微元六面体，的微元六面体，pMy yzbdxbaazyxdydzOcddcpN 受力和运动情况。受力和运动情况。中心点中心点O(x,y,z)压强压强p(x,y,z)、流速、流速u(x,y,z)。根据牛顿第二定律，以根据牛顿第二定律，以x方向为例，分析微元六面体的方向为例，分析微元六面体的3.5.1 理想液体运动微分方程理想液体运动微分方程第14页，共4

14、0页，编辑于2022年，星期六表面力：理想液体内，不存在切应力，只有压强。故除表面力：理想液体内，不存在切应力，只有压强。故除abcd 与与abcd两面外，其余面上作用的压力在两面外，其余面上作用的压力在x 轴上投轴上投 影均为影均为0。此两面中心点压强可用。此两面中心点压强可用Taylor级数展开：级数展开：两个面上的总压力则为：两个面上的总压力则为：质量力：质量力：x方向单位质量力与六面体总质量的乘积，即方向单位质量力与六面体总质量的乘积，即第15页，共40页，编辑于2022年，星期六根据牛顿第二定律，根据牛顿第二定律，x方向：方向：化简后得化简后得:上式即液体运动微分方程，由欧拉（上式即

15、液体运动微分方程，由欧拉（Euler)于于1755导出导出，同理得同理得:又称欧拉运动微分方程。又称欧拉运动微分方程。第16页，共40页，编辑于2022年，星期六 3.5.2 理想液体运动微分方程的伯努利积分理想液体运动微分方程的伯努利积分 将欧拉运动微分方程各式分别乘以流线上微元线段的将欧拉运动微分方程各式分别乘以流线上微元线段的投影投影 dx、dy 和和 dz，然后相加，然后相加引入限定条件引入限定条件：（1）作用在液体上的质量力只有重力，即）作用在液体上的质量力只有重力，即X=Y=0，Z=g于是于是 Xdx+Ydy+Zdz=gdz第17页，共40页，编辑于2022年，星期六 （2）不可压

16、缩液体做恒定流动时）不可压缩液体做恒定流动时 =const，p=p(x,y,z)于是于是（3）恒定流动时，流线与迹线重合）恒定流动时，流线与迹线重合dx=uxdt，dy=uydt，dz=uzdt 于是于是第18页，共40页，编辑于2022年，星期六将限定条件代回原方程将限定条件代回原方程积分积分该式由瑞士物理学家伯努利于该式由瑞士物理学家伯努利于17381738年推出，称伯努利方程。年推出，称伯努利方程。或或第19页，共40页，编辑于2022年，星期六伯努利伯努利 Daniel Bernoulli 1700年生于荷兰的格罗宁根，年生于荷兰的格罗宁根，5岁岁同家人回迁瑞士的巴塞尔。同家人回迁瑞士

17、的巴塞尔。1782年，年，逝世于瑞士的巴塞尔，享年逝世于瑞士的巴塞尔，享年82岁。曾在岁。曾在巴塞尔等多所大学学习。巴塞尔等多所大学学习。1716年获艺术年获艺术硕士学位；硕士学位；1721年又获医学博士学位。年又获医学博士学位。25岁为圣彼得堡科学院的数学院士。岁为圣彼得堡科学院的数学院士。8年后回到瑞士的巴塞尔，先后任解剖年后回到瑞士的巴塞尔，先后任解剖学、植物学教授和物理学教授。学、植物学教授和物理学教授。1738年出版了年出版了流体动力学流体动力学一书，给出了流体动力学的基本一书，给出了流体动力学的基本方程，后人称之为方程，后人称之为“伯努利方程伯努利方程”。他还提出把气压看成气体分子

18、对容器壁表面撞击而生的效应。他还提出把气压看成气体分子对容器壁表面撞击而生的效应。1728年起，他和欧拉还共同研究柔韧而有弹性的链和梁的力学年起，他和欧拉还共同研究柔韧而有弹性的链和梁的力学问题，还研究了弦和空气柱的振动。问题，还研究了弦和空气柱的振动。伯努利的贡献还涉及到医学、力学、数学等各个方面。伯努利的贡献还涉及到医学、力学、数学等各个方面。第20页，共40页，编辑于2022年，星期六3.5.3 伯努利方程的意义伯努利方程的意义沿元流机械能守恒，故又称能量方程。沿元流机械能守恒，故又称能量方程。单位重量液体所具有的位置势能，或位能；单位重量液体所具有的位置势能，或位能；单位重量液体所具有

19、的压强势能，或压能；单位重量液体所具有的压强势能，或压能；单位重量液体所具有的总势能；单位重量液体所具有的总势能；单位重量液体所具有的动能；单位重量液体所具有的动能；单位重量液体所具有的机械能；单位重量液体所具有的机械能；某点到基准面的位置高度，或位置水头；某点到基准面的位置高度，或位置水头；该点的测压管高度，或压强水头；该点的测压管高度，或压强水头；该点测压管液面的总高度，或测压管水头；该点测压管液面的总高度，或测压管水头；该点的流速高度，或流速水头；该点的流速高度，或流速水头；该点的总水头；该点的总水头；沿元流各点总水头相等，总水头线水平。沿元流各点总水头相等，总水头线水平。第21页，共4

20、0页，编辑于2022年，星期六 毕托管（毕托管（Pitot tube）与流速水头）与流速水头 1730年法国工程师毕托用一根前端弯成直角的玻璃管年法国工程师毕托用一根前端弯成直角的玻璃管测量塞纳河水的流速。测量塞纳河水的流速。h由此可见，测速管（毕托管）与测压管之差即流速水头。由此可见，测速管（毕托管）与测压管之差即流速水头。弯管前端迎向来流，水弯管前端迎向来流，水HAB深深H，入口前取，入口前取A点，入口点，入口后取后取B点，水流进入弯管后点，水流进入弯管后 由于由于A、B两点距离很近，两点距离很近，两点的机械能相等，即两点的机械能相等，即或或上升至上升至 h。第22页，共40页，编辑于20

21、22年，星期六 3.5.4 实际液体元流伯努利方程实际液体元流伯努利方程 实际液体具有黏滞性，流动阻力消耗机械能。单位重实际液体具有黏滞性，流动阻力消耗机械能。单位重量流体所具有的机械能沿程减少，总水头线沿程下降。设量流体所具有的机械能沿程减少，总水头线沿程下降。设hl 为单位重量液体由过水断面为单位重量液体由过水断面1-1运动至运动至2-2的机械能损失，的机械能损失，或元流的水头损失，实际液体元流伯努利方程可为或元流的水头损失，实际液体元流伯努利方程可为第23页，共40页，编辑于2022年，星期六 3.5.5 实际液体总流的伯努利方程实际液体总流的伯努利方程 总流是元流的集合，不同的元流存在

22、着不同的运动状总流是元流的集合，不同的元流存在着不同的运动状态，因此将元流伯努利方程用于总流时必须考虑：态，因此将元流伯努利方程用于总流时必须考虑：（1）在总流计算中，所取两计算断面必须为渐变流过）在总流计算中，所取两计算断面必须为渐变流过水断面。在渐变流过水断面上，流线为直线或近似直线，水断面。在渐变流过水断面上，流线为直线或近似直线，质量力只有重力；表面力中虽有切应力，但该力与过水断质量力只有重力；表面力中虽有切应力，但该力与过水断123面垂直，投影为零。可以认为动水面垂直，投影为零。可以认为动水流线有圆弧运动，质量力除重力外，流线有圆弧运动，质量力除重力外，还有惯性力，故无上式的关系。还

23、有惯性力，故无上式的关系。而在急变流过水断面上，由于而在急变流过水断面上，由于按静水压强规律分布，即按静水压强规律分布，即第24页，共40页，编辑于2022年，星期六 （2 2）由于总流过水断面上各点流速不同，若用断面由于总流过水断面上各点流速不同，若用断面由于总流过水断面上各点流速不同，若用断面由于总流过水断面上各点流速不同，若用断面值取决于断面流速分布，通常取值取决于断面流速分布，通常取=1。平均流速平均流速平均流速平均流速 v v 取代各点的真实流速取代各点的真实流速取代各点的真实流速取代各点的真实流速 u u，必须考虑用二者计算，必须考虑用二者计算，必须考虑用二者计算，必须考虑用二者计

24、算动能存在的差异。为此，引入动能修正系数动能存在的差异。为此，引入动能修正系数动能存在的差异。为此，引入动能修正系数动能存在的差异。为此，引入动能修正系数予以修正予以修正予以修正予以修正 （3 3）由于总流过水断面上各点流速不同，因此每个元由于总流过水断面上各点流速不同，因此每个元由于总流过水断面上各点流速不同，因此每个元由于总流过水断面上各点流速不同，因此每个元流所消耗的机械能也不同。实用中，流所消耗的机械能也不同。实用中，用总流单位重量液体用总流单位重量液体1-1 断面和断面和 2-2 断面间的平均机械能损失或水头损失断面间的平均机械能损失或水头损失 hl 取取代元流的水头损失代元流的水头

25、损失 hl。第25页，共40页，编辑于2022年，星期六得实际液体总流的伯努利方程得实际液体总流的伯努利方程或总流能量方程。或总流能量方程。总流伯努利方程的适用条件总流伯努利方程的适用条件 由于在总流伯努利方程推导过程中使用了若干限定条由于在总流伯努利方程推导过程中使用了若干限定条件，因此在使用总流伯努利方程时，首先要满足这些条件：件，因此在使用总流伯努利方程时，首先要满足这些条件：恒定流动；恒定流动；质量力只有重力；质量力只有重力；不可压缩流体；不可压缩流体；渐变流过水断面；渐变流过水断面；两断面间无分流或合流；两断面间无分流或合流；两断面间无能量输入或输出。两断面间无能量输入或输出。第26

26、页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例 1】用直径用直径 D=100mm 的水管自开口水箱引水。水箱的水管自开口水箱引水。水箱水面与管道出口断面中心的高差水面与管道出口断面中心的高差 H=4m 且保持恒定，水头且保持恒定，水头损失损失 hl=3m。求管道流量。求管道流量 Q。【解解】由总流伯努利方程由总流伯努利方程1.选取基准面选取基准面 0-0；z1=H，z2=0；p1=0，p2=0；v1=0，v2 待求；令待求；令=1。于是于是HD002.选取计算断面选取计算断面 1-1 和和 2-2；1122第27页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例 2】离心泵由水池抽水。已知泵的安装高度

27、为离心泵由水池抽水。已知泵的安装高度为 Hs=5m，泵的抽水量泵的抽水量 Q=5.56 L/s，泵的吸水管直径，泵的吸水管直径 D=100mm，吸水，吸水管的水头损失管的水头损失 hl=0.25mH2O。试求水泵进口处的真空度。试求水泵进口处的真空度。DHs s【解解】由伯努利方程由伯努利方程1.取基准面取基准面0-0；002.取计算断面取计算断面1-1，2-2；z1=0，z2=Hs；p1=pa，p2待求。待求。v1=0，v2 可求；令可求；令=1。其中其中1122第28页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例 3】文丘里（文丘里（Venturi)流量计。已知进口直径流量计。已知进口直径

28、D1=100mm，喉管直径喉管直径 D2=50mm，测压管水头差，测压管水头差 h=0.6m（或水银差压计（或水银差压计液面差液面差 hm=4.76cm），流量系数），流量系数=0.98，试求输水流量。，试求输水流量。【解解】由伯努利方程由伯努利方程 1.取基准面取基准面0-0；00 2.取计算断面取计算断面1-1，2-2；1122hhm 水头损失忽略不计，则水头损失忽略不计，则 列伯努利方程列伯努利方程 令令=1。z1z2第29页，共40页，编辑于2022年，星期六再将连续性方程再将连续性方程于是，流量为于是，流量为与上式联立求得与上式联立求得令仪器常数为令仪器常数为 K或或第30页，共40

29、页，编辑于2022年，星期六式中式中 +Hm单位重量流体获得的机械能，如水泵的扬程；单位重量流体获得的机械能，如水泵的扬程；3.5.6 有能量输入或输出的伯努利方程有能量输入或输出的伯努利方程 总流伯努利方程是在无能量输入或输出的前提下导出总流伯努利方程是在无能量输入或输出的前提下导出的，若有能量输入或输出，方程需作修改，即的，若有能量输入或输出，方程需作修改，即 -Hm单位重量流体失去的机械能，如水轮机的水头。单位重量流体失去的机械能，如水轮机的水头。11221122水泵水泵水轮机水轮机第31页，共40页，编辑于2022年，星期六方程可为方程可为 3.5.7 有分流或合流的伯努利方程有分流或

30、合流的伯努利方程 总流伯努利方程是在无分流或合流前提下导出的。在下述总流伯努利方程是在无分流或合流前提下导出的。在下述两种情况下，总流伯努利方程还可用于有分流或合流的流动：两种情况下，总流伯努利方程还可用于有分流或合流的流动：对称分流（合流）或过水断面流速均匀分布的分流（合流）。对称分流（合流）或过水断面流速均匀分布的分流（合流）。11112233或者或者第32页，共40页，编辑于2022年，星期六 总流内任取元流，过总流内任取元流，过恒定流动，恒定流动，dt 前后元流重叠部分动量相同，故前后元流重叠部分动量相同，故 3.6 动量方程动量方程 动量方程是质点系动量定理的水力学表达式。动量方程是

31、质点系动量定理的水力学表达式。设恒定总流，过水断面设恒定总流，过水断面1-1、2-2面积分别为面积分别为A1和和A2，与，与总流侧面所围空间称为控制体。经总流侧面所围空间称为控制体。经 dt 时间，控制体内液体时间，控制体内液体由由1-2运动到运动到1-2。水断面面积水断面面积dA1和和dA2，流，流速分别为速分别为 u1 和和 u2。经。经 dt时间，元流的动量增量为：时间，元流的动量增量为：11221122dA1dA2u1u2第33页，共40页，编辑于2022年，星期六取过水断面为渐变流断面，各点的流速接近平行并令取过水断面为渐变流断面，各点的流速接近平行并令动量定理动量定理则有则有对于不

32、可压缩液体，密度等于常数。若以断面平均流速对于不可压缩液体，密度等于常数。若以断面平均流速 v 代代若总流两断面间有分流或合流，总流动量方程可为若总流两断面间有分流或合流，总流动量方程可为替真实流速替真实流速 u，需引入动量修正系数，需引入动量修正系数。于是根据质点系。于是根据质点系得恒定总流动量方程得恒定总流动量方程第34页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例4】水平输水弯管。直径由水平输水弯管。直径由 D1=200mm经经=60o转角变转角变为为D2=150mm。已知转弯前断面的表压强。已知转弯前断面的表压强 p1=18 kPa，输水，输水流量流量Q=0.1 m3/s，不计水头损失，

33、求水流对弯管的作用力。，不计水头损失，求水流对弯管的作用力。【解解】D1D21.取控制体；取控制体；11222.取坐标系；取坐标系；xoy3.找出控制体上所受外力；找出控制体上所受外力；p1p2FRyFRx4.将动量方程分别投影在将动量方程分别投影在不同的坐标轴上，即不同的坐标轴上，即第35页，共40页，编辑于2022年，星期六上式中上式中FP2=p2 A2 中的中的 p2 需通过列需通过列1-2断面间的伯努利方程求得。断面间的伯努利方程求得。将各量代入动量方程，得弯管对水流的作用力为将各量代入动量方程，得弯管对水流的作用力为其中其中水流对弯管的作用力与弯管对水流的作用力大小相等方向相反水流对

34、弯管的作用力与弯管对水流的作用力大小相等方向相反第36页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例5】水平分岔管。干管直径水平分岔管。干管直径 D1=600mm，分岔角，分岔角=30o，支管直径支管直径D2=400mm，分岔前断面的表压强，分岔前断面的表压强 p1=70 kPa，总，总流量流量Q=0.6 m3/s，不计水头损失，求水流对分岔管的作用力。，不计水头损失，求水流对分岔管的作用力。【解解】1.取控制体；取控制体；11222.取坐标系；取坐标系；x3.找出控制体上所受外力；找出控制体上所受外力；p1p2FR4.将动量方程分别投影在将动量方程分别投影在坐标轴上，即坐标轴上，即p333或者

35、或者第37页，共40页，编辑于2022年，星期六上式中上式中而而p2(p3)则需通过列则需通过列1-2(1-3)断面间的伯努利方程求得。断面间的伯努利方程求得。将各量代入动量方程，得分岔管对水流的作用力为将各量代入动量方程，得分岔管对水流的作用力为其中其中水流对分岔管的作用力与分岔管对水流的作用力大小相等水流对分岔管的作用力与分岔管对水流的作用力大小相等方向相反方向相反第38页，共40页，编辑于2022年，星期六【例例 6】水平射流。狭缝出口流速为水平射流。狭缝出口流速为 v1，单宽流量为，单宽流量为 q，射，射流冲击到与其成流冲击到与其成 2角的光滑壁面上。若不计水流与壁面的角的光滑壁面上。若不计水流与壁面的摩擦，求水流对壁面的作用力。摩擦，求水流对壁面的作用力。解：解：1、取控制体；、取控制体；1122、取坐标系；、取坐标系；x3、找出控制体上所受外力；、找出控制体上所受外力；FR4、将动量方程分别投影在坐标轴上，即、将动量方程分别投影在坐标轴上，即3列列1-2(1-3)断面间的伯努利方程，得断面间的伯努利方程，得 v1=v2=v3于是上式为于是上式为第39页，共40页，编辑于2022年，星期六水流对壁面的作用力为水流对壁面的作用力为=60 时，时，=90 时，时，=180 时，时，第40页，共40页，编辑于2022年，星期六