4流体动力学详解.pptVIP

0 x y 1 v1 v2 a 1 2 2 P1 P2 Rx Ry 解：分析受力，建立坐标x,y 【例题1】如图所示为一平面上的渐变弯管，已知断面1-1处表压强，p1=98Kpa，流速v1=4m/s，管径d1=200mm，d2=100mm，转角a=45度。不计弯段的水头损失，试求水流作用在弯管上的力。 R：管壁对水流的力 R’：水流对管壁的力 对1-2段弯管写动量方程： 要解出未知数，必须先求： P1 v1 v2 P2 a Rx Ry 1 2 2 由连续性方程： 写出1-1，2-2断面伯努利方程： P1 v1 v2 P2 a Rx Ry 1 2 2 2) 代入动量方程 水流作用在弯管上的力为R’。（见图） 合力与水平方向的夹角: 【例2】一水平放置的喷嘴将一水流射至正前方一光滑壁面后，将水流分为两股，如图4-35所示。已知d=40mm，Q=0.0252m3/s，水头损失不计，求水流对光滑壁面的作用力R。 解： 1.取控制面： 在楔体前后取缓变流断面1与断面2,3之间的水体为隔离体，作用于隔离体上的力有： （1）断面1,2,3及隔离体表面上的动水压力P1,P2,P3及P均等于零（作用在大气中） （2）重力G，铅垂向下 （3）楔体对水流的反力R，待求。 ?2.取坐标，列动量方程 3.令β1=β2=β3=1.0，α1=α2=α3=1。列能量方程： ? 代入（1）式可得： 水流对壁面的作用力R=-R′，大小相等，方向相反。 ?????? 当θ=60°时???? R=252N ????????? θ=90°时???? R=504N ????????? θ=180°时??? R=1008N 【例题3】射流自喷嘴中以速度C1 =800米/秒水平方向喷出，流量Q=15L/min，冲击在一与之垂直的平板上。求流体作用在此平板上的作用力F为多少？ 画出控制体积ABCDEFA。 设R为平板对射流的作用力， 方向向左； 则射流对平板的作用力F与R是作用力与反作用力关系，大小相等，方向向右。 代入已知条件，得： C1=800m/s Q=15L/min =2.5*10-4m3/s 如果射流直径为1mm，则这200牛顿的力造成的压力为： 高速流体撞击平面的应用-水射流切割 例如： 水压力：300Mpa 流量：15L/min 喷嘴直径：0.8mm 喷嘴出口速度，约800-2000m/s.高速流体撞击在平面上，将产生很大的切割力。这种力，可与激光媲美 应用条件 方程的意义 常见待求问题 备??? 注 伯努利 能 量 方 程 ? 恒定、不可压缩流体；质量力只有重力；计算断面为渐变流断面 反映了液流中机械能和其他形式的能（主要是代表能量损失的热能）间的守恒与转化关系 ? 动水压强（或动水压力）、断面平均流速、流量、断面之间的压强差、平均动能差、机械能损失、水流流向等。 1. 选择实例： ?? 断面：管子的出口断面、表面为大气压的断面等； ?? 代表点：对于明渠流，可选自由液面上的点；对于管流，可选断面的中心点；? 2. 注意点 ? 两渐变流断面之间可以有急变流；当有流量或能量输入、输出时，方程形式应有所改变；压强一般采用相对压强。 动 量 方 程 ? 恒定、不可压缩流体，质量力只有重力；计算断面为渐变流断面。 ? 反映了液流与边界上作用力之间的关系 ?液流对边界的冲击力，或边界对液流的反作用力、已知全部作用力，求平均流速或流量等 ? 作用于隔离体上的外力有： 1）重力即为隔离体中的流体重量 2）两端过水断面上的动水压力（按静水压强规律分布）； 3）液流边界作用于隔离体上的合力。 思考题： 1、节流式流量计有那些，叙其工作原理？ 2、实际流体伯努力方程物理意义？应用条件？ 3、测速管原理？ 4、含泵的伯努力方程解题注意事项，扬程？排量？泵的功率，效率？ 5、动量方程解题？ 作业P83 4-2 4-5 4-8 4-10 4-12 4-14 4-15 4-17 * 安全4.10 * 安直接测量法： 首先测出一定时间内的液体流过的体积，然后根据流量的定义，计算出单位时间的液流体积，即得出体积流量。较适合流量较小的场合。 间接测量法： 使用仪器先测量出与流量或流速有关的压差、电信号等参数，然后通过公式再转换为流量。工程实际中常用。 测流速和流量的方法 皮托管测速原理 皮托管常用作测量液体质点的流速，其主要由测速管和测压管组成。如图所示。 即为所测的流速 ，则1管测点A点压强为 。而2管管口阻止流体的流动，B点的速度为0（称为驻点或滞止点） ，