工程流体力学课件3剖析.ppt

如图所示三种形式的叶片，受流量为Q，流速为v的射流 冲击，问：（1）哪一种情况叶片上受的冲击最大？哪 一种情况受的冲击最小？为什么？（2）如果图a中叶 片以速度 运动，试讨论叶片的 受力情况？哪种情况冲击力最大？ 【解】 取船内流管的全部内壁轮廓为控制体 推进力： 推进效率： 输出功： 由上式可知：当航速一定时，适当降低排水速度（或在舱体允许的条件下适当加大直径）可以提高效率，但推力受到影响；当排水速度一定时，提高航速也可提高效率，但推力也减小，尤其是船的阻力增长更大，所以该推进装置的引用有一定的局限性。 【例】射流推进船：水从船尾相对于船喷出的速度 w=9m/s，船的前进速度u=18km/h，泵的输水流量Q=900L/s，忽略损失。求船的推进力和推进效率。 流管进水速度： 输入功： 工程上的方法：增大流量，降低(w-u)值 第三章习题解答 3.7 管段AB，dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.5m， pA=30kPa，pB=40kPa， vB=1.5m/s 。判断水在管中的流动方向。 解： 对A，B列伯努利方程，得 所以水的流动方向是B→A。 A B h 解： 阀关时，由静力学方程 3.10 管路D=10cm，阀关时 p=0.5at，阀开时p=0.2at， 管中总损失 ，v为管中流速。求：管中v和Q。 1 1 2 2 阀开时，由伯努利方程 解： 3.14 矩形渠道底宽b=2.7m，抬高Δ=0.3m，水深h1=1.8m， h2=1.38m。损失hw为尾渠速度水头的一半，求流量Q。 对1-1，2-2列伯努利方程 对1-1，2-2列连续性方程 h1 h2 Δ Q 2 2 1 1 解： 3.17 射流流量Q=36L/s，流速v=30m/s，Q1=12L/s，不计阻力。求射流的偏转角θ及对平板的作用力。 列x方向的动量方程 列y方向的动量方程 Q θ Q1 Q2 F x y 方向向右 对3个断面列伯努利方程 可得 3.18 闸墩间宽B=2m，墩前上游水深H1=6m，墩后下游水深 H2=5m。行进流速v1=2m/s，求每个闸墩所受的水平推力。 列动量方程 代入动量方程得 方向向右 x 1 1 2 2 P1 P2 F H1 H2 解： * * * * * * * * * * * * * 二、总流伯努利方程的推广 分支流的伯努利方程 由总流能量守恒得 同时满足连续方程 Q1 ＝ Q2 + Q3 由单位重量流体能量（比能）守恒得 有机械功输入（或输出）的伯努利方程 流体流经水泵或风机等时，获得能量 E（+）；流经水轮机等时，失去能量 E（－）。 E 为水泵加给单位重量流体的能量，即水泵的扬程。 1 2 1 2 1 1 2 2 o o z 水泵管路系统 = = ? 0 0 0 z 水泵 水泵轴功率 单位时间水流获得总能量 分子 水泵效率 分母 扬程 扬程 提水高度 引水渠 压力钢管 水轮机 1 2 2 o o z 1 水轮机管路系统 ? = z ? 0 = 0 0 水轮机功率 单位时间水流输出总能量 水轮机效率 扬程 水轮机作用水头 不包括水轮机系统内的损失 【例】水泵吸水管系统：装机高度Hs =3m，管直径d=0.25m，吸水管损失 ，泵内真空高度为4.08mH2O，求流量。 【解】 对1－1，2－2断面列写伯努利方程 以相对压强计，并取α1＝α2＝1 ，则 代入数据，得 注：方程两端可同时使用绝对压强或相对压强，但不能使用真空压强。 1 1 2 2 对液体，能量方程左右两边的压强既可用绝对压强也可用相对压强，对气体则只能用绝对压强，因为气体的密度与外界空气的密度相差不大，如想用相对压强，则需考虑外部大气压在不同高程的差值。 上式就是以相对压强表示的气流的能量方程式 气流的伯努利方程 其中 （直通大气） 烟囱自然排烟的伯努利方程 【解】 对1-1,2-2断面列写伯努利方程 烟气平均流速为 【例】烟囱D=2m，H=30m，Q=9.42m3/s， ρa=1.2kg/m3,,ρ=0.535kg/m3， ,求烟囱底部的相对压强。 2 2 1 1 高层建筑 美国纽约世贸大厦 委内瑞拉首都双子塔 水平基准线 位置水头线 测压管水头线 总水头线 o o 三、伯努利方程的水头线图 水力坡度 水力坡度表示单位重量流体在单位长度流程上损失的平均水头。 测压管水头线可能在位置水头线以下，表示当地压强是负值。 测压管坡度 若为均匀流，沿流程流速不变，则总水头线平行于测压管水头线，Jp=J。 第七节 恒定总流的动量方程 对恒定元流，取1－2为控制体 dt时间内，元流的动量增量为 如果不可压流，总流的动量增量