【正文】 在管路拐彎處必須考慮這個作用力，并設法平衡之，以防管道破裂。 受力分析： xRApApx ?? ?c o s21：軸方向的作用力總和為沿 動量變化 )c o s( VVQx ???軸方向的動量變化為：沿 代入方程 )c o s(c o s21 VVQRApAp x ???? ??? )c o s1()c o s( 21 ??? ???? QVAppR x 同理 ??? s ins in2 QVApR y ?? xyyx RRRRR a rc t a n22 ??? ? （ 2）射流的背壓 (反推力 ) 容器在液面下深度等于 h 處有一 比液面面積微小得多的出流孔，其面積為 A。 動量的改變 重點學會受力分析 35 在出流孔微小的前提下，假使只就一段很短的時間來看，那出流過程就可以當作近似的穩(wěn)定流動。 受力分析： F 動量變化： 0?QV? ? 理想流體的出流速度： ghV 2? ? 這一瞬刻在容器內(nèi)的流體，它在水平方向的動量變化將決定于單位的時間內(nèi)內(nèi)容器流出來的動量： 2AVQV ?? ? ? 這一動量變化當然在大小、方向、位置恰等于器壁在水平方向加在流體上的壓力合力。流動流體則反過來對容器壁上作用一個方向與出流速度相反的水平反推力，即 hAA g hAVF ??? 222 ??? （ 3）自由射流對擋板的壓力（水平） 射流從噴咀以速度沖向擋板，射流沖擊擋板后將 沿擋板表面分成兩股射流，速度分別為 V1， V2，流量從 Q0分成 Q1和 Q2。由于射流的沖擊作用，在擋板上產(chǎn)生一個作用力 R。（流體作用于擋板上的力則與之大小相等，方向相反。） X方向：受力分析： Rx 動量變化： 00222111 c o sc o s VQVQVQ ????? ?? 00222111 c o sc o s VQVQVQRx x ????? ????軸向為：根據(jù)動量方程， 同理， 0)s i n(s i n 222111 ???? ???? VQVQRy y軸向為： 22 yx RRR ?? xyRR??tan 幾種特殊情況： 分析射流對擋板的作用力 36 ① 然相等。，則兩股射流的動量必＝，＝＝當 021 ???? 002211 21 VQVQVQ ??? ?? )1(co s00 ?? ?? VQR ② 不是曲面。，此時擋板是平面，而當 ?? 90? 00VQR ?? ③ ，作用力最大。當 01 8 0?? 002 VQR ?? 例題： 一個水平放置的 90186。彎管輸送水 已知： d1＝ 150mm， d2＝ 75mm p1＝ 105Pa， Q＝ 不計水頭損失 求：水流對彎管的作用力 大小和方向 分析角度對于受力的影響 37 分析： 1－ 1： p1（√）， V1（可求）， z1（√） 2－ 2： p2（？）， V2（可求）， z2（√） 解： smdQAQV / 2111 ??? ? smdQAQV / 2222 ??? ? 取 1 22兩斷面列伯努利方程 2gV2gV222211 ????? pp 所以， ? ? PaVVpp 5222112 ????? ? 設 R為彎管對水流的作用力，與水平方向的夾角為θ，方向如圖 對選取的控制體列動量方程： x方向： )0( 111 VQRAp x ??? ? y方向： )0( 222 ??? VQApR y ? 所以， NRNR yx 9 5 83 6 6 3 ?? NRRR yx 37 8622 ??? ???xyRRar ctg? 所以，水流對彎管壁的作用力為 R的反作用力 R`，大小相等，方向相反。 小結(jié)： 學會分析控制體的受力情況。 38 單元 單元一 液體機械運動的基本規(guī)律 課題 課題二 液體動力學基本方程式及其應用 課型 新授課 課時 2 教學目標 知識目標 ： 了解水擊的概念、原理、分類，分析水擊發(fā)生過程。 技能目標 ： 通過分析水擊過程來認識電廠中發(fā)生的各種水擊現(xiàn) 象。 德育目標： 水擊容易造成管道破裂，形成真空和汽蝕現(xiàn)象，應嚴格加以防范。 教學重點 水擊受力分析。 水擊的影響。 教學難點 一、區(qū)分間接水擊和直接水擊。 二、避免或減輕水擊的措施。 教學方法 講授、分析、比較 教學媒體 黑板、粉筆 授課時間 教材分析 本部分內(nèi)容通過閥門開啟和閉合時對管道的影響為例，闡述了水擊的破壞影響力很大，對設備的安全運行也起到了一定的影響。 教后記 布置作業(yè) P 作業(yè)情況 39 教學過程： 備注 引入課題： 流體在受到外在切向應力 作用時，會產(chǎn)生不同特性的基本變形，流體也不例外，下面來具體研究一下。 講授新課： 穩(wěn)定液流動量方程式在水擊研究中的應用。 一、水擊現(xiàn)象： 水擊 —— 有壓管路中流動的液體，由于某種外界因素（閥門突然關閉，水泵突然停轉(zhuǎn)等）使流速發(fā)生變化（動量變化）從而引起壓強突然變化（升壓與降壓交替進行）的水力現(xiàn)象，或叫水錘 —— 升壓、降壓交替進行時，水流對管壁和閥門的作用如錘擊一樣 水擊危害：壓強增大幾倍到幾十倍 頻率高 閥門破壞；管道接頭破壞；甚至管道爆炸，損壞泵站； 發(fā)生水擊的原因：水流本身具有慣性和壓縮性 動量轉(zhuǎn)化→ p? 升高→形成水擊波。 水擊波 —— 發(fā)生水擊時，水擊壓強以波的形式由閥門處向管道進口迅速傳遞，這種波叫水擊波。 水擊波：增壓、減壓 水擊的傳播過程： 第一階段：減速增壓過程 00?v clt? 時 水擊波傳到進口處，所有液體停止運動處于升壓狀態(tài) 第二階段：減速減壓過程 00 vv ??? clt 2? 時 壓強為 0p 同時具向水池方向的流速 0v 第三階段：增速減壓過程 clt 3? 時 pp ??0 速度為 0 第四階段：增速增壓過程。 四階 段為一周期，往返了兩次，往返一次稱一相。 二、水擊壓強的計算 用理論力學中的動量定律來推求。 直接水擊 重點掌握 明確各過程線的含義 40 ①直接水擊： clT 2? 時 最早發(fā)出的水擊波的反射波在到達閥門之前，閥門已關閉。水擊波運動特征相當于 0?t 時的水擊波特征 ②推導：水擊前 水體動量 0tvAc?? 此時間后動量為 vtcAA ????????? )()( ?? 動量變化為： 0)()( vtcAvtcAA ??????????????? ??? 0)( tvActvcAAAA ??????????? ????? )( 0vvtAc ??? ? 另外 沖量（管軸內(nèi)）變化為：tAppAAptAAppAp ?????????????????? )()]()([ 000 略去 Ap?? 又考慮到 pAAp ????0 Ap?0 略 故 tpAvvtAc ?????? )( 0? )( 0 vvcp ????? ? 若閥門在該時刻全部關閉，即 0?v 0vcp ???? ? 用水柱高度表示 0vgcpH ???? ? 二、間接水擊： ① clt 2? 時，即關閉最早的水擊波的反射波到達閥門時，閥門仍未關閉，仍有增壓，增壓、減壓相抵消一部分的水擊現(xiàn)象。影響小于直接水擊。 ②推求：理論分析復雜，只要知道間接水擊的最大升壓多少就可以了。 tp,? 為一常量 zcvtpt ??? tvlttvcp z ?? 2????? t —— 閥門關閉時間 zt —— 水擊波的相長，其值為 cl2 三、水擊波的傳播速度： 計算水擊壓 強、分析各階段水擊波的水力特征 ? 須知 v ??dEEdEEcc??????00011 4 4 01 )( sm 0c —— 聲音在水中傳播速度。 smc 14400 ? 0E —— 水彈性模量。 250 cmNE ?? E —— 管壁彈性模量。 d —— 管徑 )(mm ? —— 管壁厚 )(mm 必須首先計算 此處為難點，結(jié)合實際講解 41 三、 水擊的預防： 避免直接水擊，減少間接水擊壓強 措施一般有：①限制管中流速 擴大 ????? pvd ②延長閥門關閉時間 ③管道上設置安全閥、水擊消除閥等裝置，旁通閥門有一個分液體流出，減小水擊壓強 ④管道上設置空氣室，調(diào)壓塔等裝置 減小 水擊壓強及其水擊影響的范圍（調(diào)壓塔水位衰減調(diào)節(jié)） 小結(jié)： 重點掌握避免或減輕水擊危害的措施。 42