伯努利方程式及其应用.pptx
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1、会计学1伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)PPT课件课件第一页,共38页。第二篇第二篇第二篇第二篇 流体流体流体流体(lit(lit)动力学基本原理及流动力学基本原理及流动力学基本原理及流动力学基本原理及流体体体体(lit(lit)工程工程工程工程n n 流体动力学微分形式基本方程n n 流体动力学积分形式基本方程n n 伯努利方程及其应用n n 量纲分析和相似原理(yunl)n n 流动阻力与管道计算n n 边界层理论 n n 流体绕过物体的流动 n n 气体动力学基础 第五章第六章第七章第八章第九章退 出返 回第十章第十一章第十二章第1页/共38页第二页,共38页。第
2、七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)n n 伯努利方程式及其限定伯努利方程式及其限定(xindng)(xindng)条件条件 n n 实际流体的伯努利方程式实际流体的伯努利方程式n n 实际流体的总流伯努利方程式实际流体的总流伯努利方程式 n n 相对运动的伯努利方程式相对运动的伯努利方程式n n 伯努利方程式的应用伯努利方程式的应用 第一节第二节第三节第四节第五节退 出返 回第2页/共38页第三页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用
3、伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第1页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件在推导伯努利方程式之前,先讨论欧拉方程式的另一种形式,称为葛罗米柯方程式。令U为质量(zhling)力函数,P为压力函数,使得,而且第3页/共38页第四页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第2页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件同理可得将以上三式代入(5.8)式(欧拉方程(fngchng))得到第4页/共38页第五页,共38页。第
4、七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第3页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件将各项归并(gubng),并用行列式表示(7.1)第5页/共38页第六页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第4页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件式(7.1)即葛罗米柯方程式,它比欧拉方程式便于积分。但在一般情况下,无论是欧拉方程式或是(hu sh
5、)葛罗米柯方程式,由于数学处理十分困难,求解往往是不可能的。仅在某些特殊情况下,欧拉方程式的三个偏微分方程式可以变成常微分方程式,使数学处理成为可能。下面讨论这些情况。一、理想流体沿流线的流动将欧拉方程式应用到沿流线的流动中,则根据流线方程式可知,代入式(5.8)第1式,可得到 等式两边均乘以得到 第6页/共38页第七页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第5页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件经整理(zhngl)可得到下式 即同样可得到y,z轴方向的
6、关系式 将三式相加 第7页/共38页第八页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第6页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件因为(yn wi),所以 于是(7.2)式(7.2)就是沿流线的欧拉方程式。如果已知压力和密度的关系及其随时间的变化规律,以及质量力的特性,上式就可进行积分,由此求出速度场。二、无旋运动流场对于无旋流场,有如下特性,第8页/共38页第九页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯
7、努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第7页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件代入式(5.8)的第1式,等式(dngsh)两侧均乘以dx,可以得到 同样由式(5.8)的第2,3式可得 将上面三式相加,得到 等式两侧均加,且,则有(7.3)第9页/共38页第十页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第8页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件此式与式(7.2)相同,即任何流场的流线上各点的运动方程式和无旋运动流场中任意
8、点的运动方程式是相同的,都是可以积分的常微分方程式。实际工程(gngchng)问题中经常遇到的质量力场为重力场,即X=0,Y=0,Z=g。此时,式(7.2)或式(7.3)成为(7.4)对于稳定流动,则上式成为 式(7.5)为稳定流动、质量力只有重力时,沿流线或无旋流场的欧拉方程式。如果流体密度不变,则在稳定流动情况下,式(7.4)可以写成积分形式(7.5)第10页/共38页第十一页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第9页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)
9、条件或 式(7.6)是对于只有重力场作用下的稳定流动、理想的不可压缩流体沿流线或无旋流场的运动方程式的积分形式,称为伯努利方程式。此式说明(shumng)在上述限定条件下,任何点的压力能、位能、动能之和为常量。利用葛罗米柯方程式(7.1),可以导得伯努利方程式更广义的限定条件。对于稳定流动,式(7.1)变成(7.6)将上式分别乘以dx,dy,dz,相加得到 第11页/共38页第十二页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第10页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindn
10、g)条件即若上式等号右侧(yu c)为零,则 即对重力场作用下的不可压缩流体,于是这就是伯努利方程式。它建立的条件是:在重力场作用下,不可压缩理想流体的稳定流动,此外还必须符合下列条件:第12页/共38页第十三页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第11页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件 要使上述三阶行列式等于零,有以下(yxi)几种情况,即静止状态(1)(2),即无旋运动,即沿流线,即沿涡线,即螺旋运动(5)(4)(3)第13页/共38页第十四页,
11、共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第12页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件这就是伯努利方程式所必须满足的广义限定条件。伯努利方程式是能量(nngling)方程式,因为在推导过程中,曾经对欧拉方程式中以力为单位的各项乘以长度dx、dy、dz,并进行积分。式中三项分别为压力能,位能(势能)和动能。也就是说在符合限定条件的情况下,流场中各点的三种能量(nngling)尽管它们可以互相转换,但其总和是不变的。这三种能量(nngling)统称为机械能。伯努利方
12、程式可以有不同的形式,式(7.6)各项表示单位质量流体的能量(nngling)。如将式(7.6)除以g,则伯努利方程式的形式为 式中各项单位为长度。在水力学中称为水头。为压力水头,z为静水头,为速度水头。(7.6a)第14页/共38页第十五页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第13页页第一节 伯努利方程式及其限定(xindng)条件如将式(7.6)乘以,则伯努利方程式如下(rxi)式 式中各项单位为压力。p称为静压,gz称为位压,称为动压。(7.6b)第15页/共3
13、8页第十六页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第1页页第二节 实际(shj)流体的伯努利方程式 在稳定流动、重力场作用的情况(qngkung)下,不可压缩理想流体沿流线的伯努利方程式可以写成 对于实际流体,由于有粘性力,便有流动阻力,为了克服这种流动阻力,需要消耗一部分机械能。上式三项机械能之中,位能一项只决定于截面1,2的位置z1和z2,是不会改变的。动能一项受连续性条件的约束,只要流通截面A1,A2不变,也是不会改变的。唯一可能改变的是压力能,所以,因而使 或者
14、写成(7.7)第16页/共38页第十七页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第2页页式中 代表流体由截面1流至截面2所受的阻力损失,也就是实际流体流动时损失的机械能。这部分损失的机械能,转变为热能,增加(zngji)了流体的内能。的计算(j sun)在第九章中讨论。第二节 实际流体的伯努利方程式 第17页/共38页第十八页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng
15、)退 出返 回第第1页页第三节 实际(shj)流体的总流伯努利方程式 一、缓变流图7.1 缓变流流线 在讨论实际流体总流的伯努利方程式之前,需要提出缓变流的概念。缓变流也称渐变流,是指流道中流线之间的夹角很小,流线趋于平行(图7.1),且流线的曲率很小(即曲率半径很大),流线都近似于直线的流动(lidng)。反之则称为急变流。例如在弯头和渐缩、渐扩接管中的流动(lidng)就属于急变流。前者流线的曲率很大,后者流线间的夹角很大。截面不变的直管中的流动(lidng)都可看成是缓变流。缓变流具有如下特性:(1)由于缓变流流线的曲率很小,流体的向心加速度引起的惯性力即离心力也就很小。所以对于缓变流流
16、场,仍可认为质量力便很小,由此仅为重力,即第18页/共38页第十九页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yngyng)(yngyng)退 出返 回第第2页页,或者(huzh),(2)对于(duy)稳定的缓变流,若把流动方向取为x轴方向,则,。由连续性方程式可知,即,由于是稳定,。将此结果代入纳维斯托克斯方程式流动,可得(7.8)第三节 实际流体的总流伯努利方程式 第19页/共38页第二十页,共38页。第七章第七章第七章第七章 伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用伯努利方程式及其应用(yn
17、gyng)(yngyng)退 出返 回第第3页页第三节 实际(shj)流体的总流伯努利方程式 在后二式中质量(zhling)力,若将后两式分别乘以dy,dz,然后相加得到下式若x取某一定值时,则上式可以写成 积分后得到 此式说明:对缓变流,在流道的某一流通截面上,任何点的 都相等,为一常数。这和流体静力学中得到的结果相同,表明在缓变流中,与流动方向垂直的截面上的压力分布规律与静止流体的压力分布规律是一致的。(3)在讨论实际流体时,由式(5.11)可知,由于有剪切变形和存在切应力,因而流场中不同方向上有不同的法向应力。但对于不可压缩流体的缓变流,第20页/共38页第二十一页,共38页。第七章第七
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- 伯努利 方程式 及其 应用
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