流體力學(xué)考試復(fù)習(xí)資料(編輯修改稿)
2024-09-28 20:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 核渠道的通過能力，或按最大流量來設(shè)計(jì)斷面時(shí)，按均勻流計(jì)算可以很方便地得到足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。 明渠均勻流的水力計(jì)算 三、滲流 概述 流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為滲流。本節(jié)主要討論水在土壤孔隙中流動(dòng)的規(guī)律。這種滲流也 稱為地下水流動(dòng)。 在工程問 題中，需要知道的是某一范圍內(nèi)滲流的平均效果，如平均滲流量、平均滲透壓力等，而不需要知道土壤孔隙中滲流的詳細(xì)過程，因此研究滲流時(shí)引入簡化的滲流模型來替實(shí)際的滲流運(yùn)動(dòng)。 簡化的滲流模型是：認(rèn)為滲流區(qū)內(nèi)不存在土壤顆粒且為水所充滿。這樣整個(gè)滲流區(qū)可以被看成是為水所充滿的連續(xù)流動(dòng)。它必須滿足： ① ．對同一過水?dāng)嗝?，模型的滲流量應(yīng)等于真實(shí)的滲流量； ②. 作用于模型任意面積上的滲透壓力應(yīng)等于真實(shí)的滲透壓力。必須注意，滲流模型中的流速和實(shí)際滲流中的流速是不會相等的。 滲流的達(dá)西定律 (一 )達(dá)西定律 達(dá)西分析了大量 實(shí)驗(yàn)資料，得到圓筒內(nèi)的滲流量 Q 與圓筒橫斷面積 A和水力坡度 成正比，并和土壤的透水性能有關(guān)。達(dá)西建立的基本關(guān)系為： 大口井與基坑排水 大口井是采取淺層地下水的一種井，井徑較大，大致為 2～ 10m 或更大些。井底出水量是總出水量的一個(gè)組成部分。 由于大口井與基坑排水的性質(zhì)近似，計(jì)算方法基本相同。 大口井有井壁進(jìn)水和井底進(jìn)水等方式，而井底進(jìn)水方式往往占重要的地位。對于井 壁 進(jìn)水的完全井，其出水量公式與單井同。下面討論井底進(jìn)水的不完全井。如圖 348所示大口井，井壁四周為不透水層，井底為半球形，與下層無限深的含水層緊接。這樣可以認(rèn)為滲流流線是徑向的，過水?dāng)嗝媸前肭蛎?。則 流 體 力 學(xué) 第三講 流動(dòng)阻力和水頭損失 【內(nèi)容提要】 本節(jié)主要學(xué)習(xí)層流、紊流及水利學(xué)幾何要素，雷諾數(shù)及層流、紊流的判別，層流、紊流的運(yùn)動(dòng)特征、沿程、局部水頭損失系數(shù)及水頭損計(jì)算，邊界層和繞流阻力計(jì)算。 【重點(diǎn)、難點(diǎn)】 層流、紊流的概念及判別，不同流態(tài)下的阻力規(guī)律和水頭損失的計(jì)算 【內(nèi)容講解】 一、實(shí)際流體的兩種流態(tài) —— 層流和紊流 (一 )雷諾實(shí)驗(yàn) 雷諾曾經(jīng)以圖所示的裝置來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，揭示了兩種流態(tài)不同的本質(zhì)并確定圓管流態(tài)的判別數(shù)。 打開玻璃管的調(diào)節(jié)閥，玻璃管中水開始流動(dòng)。再打開顏色液的小閥，顏色水將進(jìn)入玻璃管，與水一起流動(dòng)。當(dāng)管中平均流速副較小時(shí)，顏色液呈一直線狀 (如圖中 a)，與周圍清水互不摻混，這種有規(guī)則的分層流動(dòng)被稱為層流。隨著的增大，顏色液將產(chǎn)生波動(dòng)，直到某一數(shù)值，顏色液擴(kuò)散到清水中，不復(fù)再見 (見圖中 b)。這時(shí)， 兩者已互相摻混，每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡是十分混亂的，這種流態(tài)被稱作紊流。此時(shí)若再將流速減小，必須減小到比前一 I 臨界值更小的數(shù)值，流態(tài)才會轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳌恿骱臀闪饔捎趦烧邇?nèi)部結(jié)構(gòu)不同，能量損失的規(guī)律也不同。由實(shí)驗(yàn)得到：直管上下游斷面間的水頭損失，層流時(shí)與斷面平均流速的一次方成正比，紊流時(shí)則與流速的 ～ ， (二 )層流和紊流的判別數(shù) —— 雷諾數(shù) 由于層流和紊流水頭損失的規(guī)律不同，在計(jì)算水頭損失前，必須判別流態(tài)。流態(tài)的確定除了與流速的大小有關(guān)外，還與管徑和流體的粘性有關(guān)。因此采用綜合性的雷諾 數(shù) Re 作為判別流態(tài)的無量綱數(shù)。 二、圓管中的層流運(yùn)動(dòng) (一 )均勻流動(dòng)方程式 取一段等直徑圓管中的恒定均勻流來討論，見圖 332。 三、 紊流運(yùn)動(dòng)的特征 紊流中，流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中不斷互相混雜，使各點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素都隨時(shí)間作無規(guī)則的變化，這種變化稱為脈動(dòng)現(xiàn)象。這種脈動(dòng)是圍繞某一平均值而變化的。這樣，可以將紊流看作 兩個(gè)流動(dòng)的疊加。即時(shí)間平均流動(dòng)和脈動(dòng)的疊加。 引入時(shí)間平均流動(dòng)的概念后，盡管紊流實(shí)質(zhì)上是極無規(guī)則的非恒定流，但只要它的時(shí)均值是一常數(shù)就可以將它看成恒定流?；蛘咚臅r(shí)均值隨時(shí)間遵循某一規(guī)律變化，就可看作是隨時(shí)間遵循某一規(guī)律變化的非恒定流 (如水箱中水無補(bǔ)給時(shí)，經(jīng)水箱孔口的出流 )，而且前面提到的概念如流線、斷面平均流 速等等對于時(shí)間平均流動(dòng)，仍可照常應(yīng)用。但對于紊流的切應(yīng)力、紊流擴(kuò)散等問題的研究卻必須考慮紊流的脈動(dòng)。 紊流中的切應(yīng)力除了由于粘性所產(chǎn)生的切應(yīng)力外，由于質(zhì)點(diǎn)互相摻混、動(dòng)量的交換，還存在著紊流的附加切應(yīng)力，又稱為雷諾應(yīng)力。 紊流的流速分布，靠近固體邊界處與核心區(qū)域是不同的。緊貼邊界的流體質(zhì)點(diǎn)流 速為零，近邊界處流速顯著減小，在邊界附近存在著很薄的粘性底層。在粘性底層內(nèi)流速分布可作為直線分布。而紊流核心區(qū)域內(nèi)由于質(zhì)點(diǎn)相互摻混和動(dòng)量交換，使速度趨于平均化。此外依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料還提出了紊流流速分布的指數(shù)公式 四、沿程水頭損失
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