第三章流體動力學(xué)(編輯修改稿)
2024-08-28 15:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 流線是平行的 直線時）或曲面（流線為其它形狀）。單位時間內(nèi)流 過某一過水斷面的液體體積稱為 流量 ，流量用 Q表示， 單位為（ m3/s）。 水力學(xué)講義 ?引入元流概念的目的有兩個： 元流的橫斷面積 dA無限小，因此 dA面積上各點的運 動要素（點流速 v和壓強 p）都可以當作常數(shù)； 元流作為基本無限小單位，通過積分運算可求得總 流的運動要素。元流的流量為 dQ=vdA，則通過總流 過水斷面的流量 Q為 : Q=∫dQ=∫AvdA （ 2）流量與平均速度 Q、 指凈流出流量 m?封閉曲面時 流量 體積流量 ? ?? A nvm Ad)(ρ?平均速度 體積流量 不可壓縮流體質(zhì)量流量 質(zhì)量流量 不可壓縮流體 dAnvQ A )( ?? ?Qm ???AQV ? VAQ ? VAm ???水力學(xué)講義 （ 3）恒定流和非恒定流 流場中液體質(zhì)點通過空間點時所有的運動要素都 不隨時間而變化的流動稱為恒定流；反之，只要有一 個運動要素隨時間而變化，就是非恒定流。本課程主 要討論恒定流運動。 水力學(xué)講義 （ 4）均勻流與非均勻流 ?流線是相互平行的直線的流動稱為 均勻流 。這里要 滿足兩個條件，即流線既要相互平行，又必須是直 線，其中有一個條件不能滿足，這個流動就是非均勻 流。均勻流的概念也可以表述為液體的流速大小和方 向沿空間流程不變。 ?流動的恒定、非恒定是相對時間而言，均勻、非均 勻是相對空間而言；恒定流可是均勻流，也可以是非 均勻流，非恒定流也是如此，但是明渠非恒定均勻流 是不可能存在的。 水力學(xué)講義 ?均勻流具有下列特征： 1）過水斷面為平面，且形狀和大小沿程不變； 2）同一條流線上各點的流速相同，因此各過水斷 面上平均流速 v相等； 3）同一過水斷面上各點的測壓管水頭為常數(shù)（即 動水壓強分布與靜水壓強分布規(guī)律相同，具有 z+p/r=C的關(guān)系）。 水力學(xué)講義 （ 5）漸變流與急變流 ?非均勻漸變流：流線不平行但流線間夾角較小，或者流線彎曲但彎曲程度較?。ㄇ拾霃捷^大）。反之則稱為急變流。 ?漸變流同一過水斷面上的測壓管水頭（ z+p/r）近似常數(shù) （ 6）一維，二維與三維流動 1. 流動維數(shù)的確定： 三維流動 : 速度場必須表示為三個方向坐標的函數(shù) v=v ( x, y, z, t) 二維流動 : 速度場簡化為二個空間坐標的函數(shù) v=v ( x, y, t) 或 v=v ( r, z, t) 一維流動 : 速度場可表示為一個方向坐標的函數(shù) v=v( x ) 或 v=v ( s ) 2. 常用的流動簡化形式： (1) 二維流動：平面流動 軸對稱流動 (2) 一維流動： 質(zhì)點沿曲線的流動 v=v ( s ) 流體沿管道的平均速度 v=v ( s ) (7)有壓流 (有壓管流 ) 、無壓流 (明渠流 ) 、射流 ? 有壓流：邊界全部為固體的流體運動 。 如管道內(nèi)的液體流動。 ? 無壓流：邊界部分為固體、部分為大氣 ,具有自由表面的液體運動。如河渠中的水流運動。 ? 射流：流體經(jīng)由孔口或管嘴噴射到某一空間，由于運動的流體脫離了原來限制它的固體邊界，在充滿流體的空間繼續(xù)流動的流體運動。如水經(jīng)孔口射入大氣的水流運動。 系統(tǒng) 控制體 ? 系統(tǒng)：指由確定的流體質(zhì)點所組成的流體團。 ? 控制體：被流體所流過的，相對于某個坐標系來講 ,固定不變的任何體積。其邊界稱為控制面。在恒定流中 ,由流管側(cè)表面和兩端面所包圍的體積即為控制體 ,占據(jù)控制體的流束即為流體系統(tǒng) .在一維流分析法中 ,常選取過流斷面為控制面。 水力學(xué)講義 恒定總流的連續(xù)性方程 ?根據(jù)質(zhì)量守恒定律可以導(dǎo)出沒有分叉的不可壓縮液 體一維恒定總流任意兩個過水斷面的連續(xù)性方程有下 列形式 : Q1=Q2 或 v1A1=v2A2 水力學(xué)講義 ?對于有分叉的恒定總流，連續(xù)性方程可以表示為： ∑ Q流入 =∑Q 流出 連續(xù)性方程是一個運動學(xué)方程，它沒有涉及作用 力的關(guān)系，通常應(yīng)用連續(xù)方程來計算某一已
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