流体力学05.ppt

§5.8 液体的出流 一、薄壁孔口定常出流 1.薄壁小孔口定常出流 孔口面积:A 缩颈面积:Ac 容器面积:A1 §5.8 液体的出流 一、薄壁孔口定常出流(续) 1.薄壁小孔口定常出流(续) 对截面1-1和c-c列总流伯努利方程 缩颈处 平均流速 流速系数 §5.8 液体的出流 一、薄壁孔口定常出流(续) 1.薄壁小孔口定常出流(续) 孔口流量 流量系数 §5.8 液体的出流 一、薄壁孔口定常出流(续) 1.薄壁小孔口定常出流(续) 表征孔口出流性能的系数: 流量系数Cq 流速系数Cv 收缩系数Cc （1）收缩系数Cc 全部收缩 完善收缩 非完善收缩 如：孔口a 如：孔口b 部分收缩 只有部分周界收缩 如：孔口c、d 所有周界都收缩 §5.8 液体的出流 一、薄壁孔口定常出流(续) 2.薄壁孔口淹没定常出流 缩颈处 平均流速 孔口流量 不同之处: H为两液面的高度差 §5.8 液体的出流 如图，柱形容器、没有流量注入、孔口自由泄流。容器内自由表面积为 ，在dt时段内水头的增量为dH，则dt时段内孔口的泄水量为 取 应用定常流孔口自由出流的流量公式得 对上式积分可得水头从H1降到H2所需的时间t 二、薄壁孔口非定常出流 对上式积分可得水头从H1降到H2所需的时间t §5.8 液体的出流 三、管嘴出流 §5.9 水击现象 一、水击现象的描述 四个过程： ? A u0 B C ? A u0 B 1.压力升高过程 2.压力恢复过程 §5.9 水击现象 一、水击现象的描述 四个过程： ? A u0 B C B ? A u0 C 3.压力降低过程 4.压力恢复过程 §5.9 水击现象 三、压强波（膨胀波）的传播速度 式中 K ——流体的体积模量 E ——管壁的弹性模量 s ——管壁厚度 d ——管壁内径 例：管壁无弹性，E→? §5.9 水击现象 四、直接水击、间接水击、减弱水击的措施 直接水击: 间接水击: 阀门关闭的时间 ts2l/c ，阀门处将产生最大的水击压强。 阀门关闭的时间 ts.2l/c，阀门处压强将达不到最大的水击压强。 减弱水击的措施： （1）避免直接水击，尽量延长间接水击 时阀门的关闭时间。 （2）采用过载保护，以缓冲水击压强。 （3）降低管内流速，缩短管长，使用弹 性好的管道。 §5.5沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验(续) 尼古拉兹实验曲线 §5.5 沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验(续) 尼古拉兹实验曲线的五个区域 层流区 管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。 2. 过渡区 不稳定区域，可能是层流，也可能是紊流。 §5.5 沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验(续) 尼古拉兹实验曲线的五个区域(续) 紊流光滑管区 沿程损失系数?与相对粗糙度无关，而只与雷诺数有关。 勃拉休斯公式： 尼古拉兹公式： 卡门-普朗特公式： §5.5 沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验(续) 尼古拉兹实验曲线的五个区域(续) 紊流粗糙管过渡区 沿程损失系数?与相对粗糙度和雷诺数有关。 洛巴耶夫公式： 阔尔布鲁克公式： 兰格公式： §5.5 沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验(续) 尼古拉兹实验曲线的五个区域(续) 紊流粗糙管平方阻力区 沿程损失系数?只与相对粗糙度有关。 尼古拉兹公式： 此区域内流动的能量损失与流速的平方成正比，故称此区域为平方阻力区。 §5.5 沿程损失的实验研究 二、莫迪实验 实验对象: 不同直径 工业管道 不同流量 不同相对粗糙度 实验条件: §5.5 沿程损失的实验研究 二、莫迪实验(续) 莫迪实验曲线 §5.5 沿程损失的实验研究 二、莫迪实验(续) 莫迪实验曲线的五个区域 1. 层流区 ——层流区 2. 临界区 3. 光滑管区 5. 完全紊流粗糙管区 4. 过渡区 ——紊流光滑管区 ——过渡区 ——紊流粗糙管过渡区 ——紊流粗糙管平方阻力区 §5.6 局部损失 局部损失： ζ用分析方法求得，或由实验测定。 局部损失产生的原因： 主要是由流体的相互碰撞和形成漩涡等原因造成 §5.6 局部损失 一、管道截面突然扩大 流体从小直径的管道流往大直径的管道 1 1 2 v2 A2 v1 A1 2 取1-1、2-2截面以及它们之间的管壁为控制面。 连续方程 动量方程 能量方程 §5.6 局部损失 一、管道截面突然扩大(续) 1 1 2 v2 A2 v1 A1 2 将连续方程、动量方程代入能量方程， 以小截面流速计算的? 以大截面流速计算的? §5.6 局部损失 一、管道截面突然扩大(续) 管道出口损失 速度头完全消散于池水中 §5.6