【正文】 5 其他相似準(zhǔn)則 彈性力相似準(zhǔn)－柯西準(zhǔn)則 表面張力相似準(zhǔn)則－韋伯準(zhǔn)則 等 基本量綱與導(dǎo)出量綱 量綱和諧原理的應(yīng)用 重力、粘性力相似準(zhǔn)則的物理意義 第九節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量 一、流速測(cè)量 浮標(biāo)法：在運(yùn)動(dòng)流體中投放浮子（或氣泡），作為示蹤物，每隔一段時(shí)間，連續(xù)測(cè)記位置或拍攝軌跡，算出水流流速 畢托管測(cè)速法－點(diǎn)流速 hgu ?? 2?流速儀 旋槳式流速儀 激光流速儀 二、壓強(qiáng)測(cè)量 壓強(qiáng)量測(cè)時(shí)分為靜水壓強(qiáng)量測(cè)和動(dòng)水壓強(qiáng)量測(cè)，在動(dòng)水壓強(qiáng)量測(cè)中又可分為時(shí)均壓強(qiáng)量測(cè)和瞬時(shí)壓強(qiáng)量測(cè)。 邊界條件： 邊界條件同樣是影響流動(dòng)過(guò)程的重要因素。 Re1??dvdv???dldfvp Re),(2????又 所以上式寫(xiě)為 二、流動(dòng)相似的概念 1 幾何相似 幾何相似 是指原型和模型的線性變量間存在著固定的比例關(guān)系，即對(duì)應(yīng)的線性長(zhǎng)度的比值相等。 量綱一的量即無(wú)量綱量，也稱純數(shù)。滲流模型的實(shí)質(zhì)是把滲流運(yùn)動(dòng)看作是 整個(gè)空間內(nèi)的連續(xù)介質(zhì)運(yùn)動(dòng) 。 (方法與確定渠道的水深相同 ) ? ?3/222/12/5)12()(1mhbihmhbnQ ????五、圓形斷面無(wú)壓排水管水力計(jì)算 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ 1）污水管應(yīng)按不滿流計(jì)算，設(shè)計(jì)最大充滿度按下表。其余4個(gè)變量，再根據(jù)工程條件確定 3個(gè)量，求解一個(gè)未知量 1 校核渠道輸水能力 Q 一般是對(duì)已成工程進(jìn)行校核性計(jì)算，已知條件 :m、 b、 h、 i、 n，可用下式直接求解。 梯形渠道： m1， βh1，即 bh， 水力最優(yōu)斷面為窄深型。SSSSSS ???3213211:1:1::SSSQ ? 環(huán)狀管網(wǎng) 計(jì)算原則 （ 1）節(jié)點(diǎn)流量的代數(shù)和為零 （ 2）沿任一閉合環(huán)路水頭損失的代數(shù)和為零 （六）有壓管中的水擊 1 . 水擊現(xiàn)象 在有壓管中 ,因某種原因 (水電站甩負(fù)荷、水泵 運(yùn)行時(shí)突然關(guān)閉）時(shí)水流流速突然變化產(chǎn)生壓強(qiáng) 急劇變化（交替升降），壓強(qiáng)交替變化如同用錘子 擊打管壁，成為水擊（水錘）。 改善邊壁的減阻措施有： ： 一、減小管壁的粗糙度，或用柔性邊壁代替剛性邊壁減少沿程阻力。 紊流阻力 （ 1）紊流切應(yīng)力 對(duì)于層流 : 對(duì)于紊流，在時(shí)均意義上 ,也有粘性引起的切應(yīng)力 ,同時(shí) ,流體質(zhì)點(diǎn)上下脈動(dòng) ,引起慣性切應(yīng)力 .所以 dydu?? ?21 ??? ?? dyud?? ?1普蘭特混摻長(zhǎng)度理論： 式中， 混摻長(zhǎng)度 —— 質(zhì)點(diǎn)到邊壁的距離 kyl ? ?k22 )(dyduldydu ??? ??ly39。)( xxx utuu ?? 39。 流動(dòng)分類 連續(xù)性方程：應(yīng)用 能量方程：意義、應(yīng)用 動(dòng)量方程：意義、應(yīng)用 概述： ○ 實(shí)際流體具有粘滯性 ○ 能量損失 —— （液柱高度 m） 對(duì)于液體 —— 水頭水損失 ○ 能量損失與流態(tài)、邊界條件有關(guān)。 即 或 現(xiàn)在取一流段， 如下圖 FdtKd ??FdtKd ??（ 1）分析動(dòng)量的變化及外力 （ 2）建立動(dòng)量方程 （ 3）在直角坐標(biāo)系中 ,常寫(xiě)為分量形式 FvvQ ???? )( 101202 ?????????????????zzzyyyxxxFvvQFvvQFvvQ)()()(101202101202101202?????????2. 應(yīng)用注意事項(xiàng) （ 1）動(dòng)量方程是 矢量方程 ，流速、作用力都有方向，與坐標(biāo)一致為正，反之為負(fù)。 ，兩過(guò)流斷面間無(wú)流量流入與流出。 Qv 流量： 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)流斷面的流體體積。 mR 10?mb 8? 030??kNP x 2548? kNz ? n??靜水壓強(qiáng)及其特性、重力作用下靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律、會(huì)求點(diǎn)壓強(qiáng)、及平面及曲面上總壓力的計(jì)算 第三節(jié) 流體動(dòng)力學(xué) 一、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念 流場(chǎng)：運(yùn)動(dòng)流體所占的空間。 ghp ??靜水壓強(qiáng)分布圖實(shí)例 (1)測(cè)壓管 （ 2）水銀測(cè)壓計(jì) （ 3）水銀差壓計(jì) 八、 液柱測(cè)壓計(jì) 等壓面的應(yīng)用 （ 4）復(fù)式壓力計(jì) （ 5）空氣比壓計(jì) （ 6) 斜式測(cè)壓計(jì) （ 7）金屬壓力計(jì) (真空表、壓力表） 九、幾種質(zhì)量力作用下的液體平衡 例：如圖所示為一旋轉(zhuǎn)圓筒，內(nèi)部盛有液體。 不考慮粘滯性 不可壓縮流體模型： 可壓縮流體模型 ： 氣體在大多數(shù)情況下采用不可壓縮模型。 重力 重度（容重）： 水 （常溫常壓情況下） g?? ? mgG ? 3/1000 mkg?? 3/ mkN?? VG??四 粘滯性（粘性）： 牛頓內(nèi)摩擦定律 流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)抵抗剪切變形速度的特性。注冊(cè)巖土工程師 基礎(chǔ)考試 —— 第六章 流體力學(xué) 第一節(jié) 流體的主要物理性質(zhì) 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 第三節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 流動(dòng)阻力和水頭損失 第五節(jié) 孔口、管嘴出流，有壓管道恒定流 第六節(jié) 明渠恒定均勻流 第七節(jié) 滲流定律，井和集水廊道 第八節(jié) 相似原理和量綱分析 第九節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)（流速、流量、壓強(qiáng)）的測(cè)量 第一節(jié)流體的主要物理性質(zhì) 流體力學(xué) 1. 概念：流體、流體力學(xué) 2. 性質(zhì)：流動(dòng)性 3. 研究?jī)?nèi)容：機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律 質(zhì)量守恒 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 自然界三態(tài)： 氣體 液體 特征 固體 能量守恒 （假定） （ 1）連續(xù)介質(zhì)模型： （ 2）為什么要建立連續(xù)介質(zhì)的概念？ ),(1 tzyxfu x ? ),(2 tzyxfp ? 從微觀上是由大量分子組成的；從宏觀上可以認(rèn)為流體是由質(zhì)點(diǎn)組成的，質(zhì)點(diǎn)一個(gè)挨著一個(gè)，質(zhì)點(diǎn)間既不留空隙，也不存在真空的連續(xù)體 。 動(dòng)力粘滯系數(shù)符號(hào)、單位 運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)符號(hào)、單位 動(dòng)力粘滯系數(shù)表達(dá)式 dyduAhUAhUATR ??? ????dydu?? ???? ? )( sp a ?? )/( 2 sm?切應(yīng)力 N/m2， Pa， 方向、大小 牛頓內(nèi)摩擦定律 流速梯度 牛頓流體： 水、空氣、煤油、甲醇、乙醇 dydu?? ?dydu理想流體 0??c??理想賓漢流體：瀝青 、泥漿、血漿 偽朔性流體：油漆、 顏料、橡膠溶液 膨脹性流體：生面團(tuán) 五 壓縮性與熱脹性 壓縮系數(shù)： 膨脹系數(shù)（彈性模量） ： 熱脹系數(shù)： 對(duì)于水，每增加 1個(gè)大氣壓，體積相對(duì)壓縮值為1/20230。 氣體的長(zhǎng)距離運(yùn)輸以及氣體的高速流動(dòng)。如圓筒繞其中心軸以等角速 旋轉(zhuǎn)，液體也隨圓筒一起旋轉(zhuǎn)，并達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)，問(wèn)：水表面方程是什么？壓強(qiáng)分布規(guī)律是怎樣的？ ?（ 1）作圖法 P=bs s為壓強(qiáng)分布圖面積 十、 作用在平面上的靜水總壓力 *壓強(qiáng)分布圖的畫(huà)法 3le? )(3 )2(2121hhhhle???壓強(qiáng)分布圖面積： lhhg )(2 21 ??? ? lhg ??? 2?總壓力大小 ： P=bΩ 作用點(diǎn)位置： （ 2）解析法 AghApPcc ??? AyIyycccD ?? C— 平面的形心 D— 壓心 例題： 一鉛直矩形閘門(mén) ， 頂邊水平 ， 所在水深h1=1m， 閘門(mén)高 h=2m， 寬 b=， 試求其所受水靜壓力 P的大小及作用點(diǎn) 。 運(yùn)動(dòng)要素：流體質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度；流體密度、壓強(qiáng)、切應(yīng)力等物理量的總稱。 符號(hào)： 單位： 斷面平均流速： 符號(hào)： 單位： sm /3 sL / sm / scm / AQv /? 恒定流 與 非恒定流 數(shù)學(xué)表達(dá)式： 恒定流： 非恒定流： 000 ?????????tututu zyx0,0,0 ?????????tututu zyx定義 : 流場(chǎng)中 ,任一空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素都不 隨時(shí)間變化，這種流動(dòng)稱為恒定流； 反之，稱為非恒定流。 如果有流量流入與流出，近似地 也可以列能量方程。 （ 2）方程式的左邊為動(dòng)量的改變量，一定是 輸出的動(dòng)量減去輸入的動(dòng)量 。 )(mhl第四節(jié) 流動(dòng)阻力和能量損失 水頭損失的準(zhǔn)確計(jì)算在工程上的意義 流動(dòng)阻力和能量損失的分類 沿程損失 局部損失 總的能量損失 lhmh milil hhh ????能量損失的計(jì)算公式 沿程水頭損失： 局部水頭損失 壓強(qiáng)損失（氣體） gvdlhl 22??gvhm 22??22???dlpl ? 22????mp ghhp f ?? ??一、層流與紊流、雷諾數(shù) 兩種流態(tài) （雷諾試驗(yàn) 1883年） 雷諾試驗(yàn)成果 （ 1）發(fā)現(xiàn) : 流體運(yùn)動(dòng)的兩種流態(tài) : 層流：流體質(zhì)點(diǎn)作規(guī)則運(yùn)動(dòng)，呈層流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間不互相摻混。)(xxx utuu ?? xxx utuu ?? )(39。39。 二、通過(guò)改進(jìn)邊界條件，防止或推遲流體于邊壁的分離，避免旋渦區(qū)的形成或減小旋渦區(qū)的大小和強(qiáng)度。 2. 水擊傳播過(guò)程 水擊分類及水擊壓強(qiáng)計(jì)算 直接水擊： 間接水擊 cLs 2T