【正文】 在管路拐彎處必須考慮這個(gè)作用力，并設(shè)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(dòng)量變化 )c o s( VVQx ???軸方向的動(dòng)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(dòng)量的改變 重點(diǎn)學(xué)會(huì)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(shí)間來看，那出流過程就可以當(dāng)作近似的穩(wěn)定流動(dòng)。 受力分析： F 動(dòng)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(dòng)量變化將決定于單位的時(shí)間內(nèi)內(nèi)容器流出來的動(dòng)量： 2AVQV ?? ? ? 這一動(dòng)量變化當(dāng)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(dòng)流體則反過來對(duì)容器壁上作用一個(gè)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(duì)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?fù)醢灞砻娣殖蓛晒缮淞?，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(gè)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(dòng)量變化： 00222111 c o sc o s VQVQVQ ????? ?? 00222111 c o sc o s VQVQVQRx x ????? ????軸向?yàn)椋焊鶕?jù)動(dòng)量方程， 同理， 0)s i n(s i n 222111 ???? ???? VQVQRy y軸向?yàn)椋? 22 yx RRR ?? xyRR??tan 幾種特殊情況： 分析射流對(duì)擋板的作用力 36 ① 然相等。，則兩股射流的動(dòng)量必＝，＝＝當(dāng) 021 ???? 002211 21 VQVQVQ ??? ?? )1(co s00 ?? ?? VQR ② 不是曲面。，此時(shí)擋板是平面，而當(dāng) ?? 90? 00VQR ?? ③ ，作用力最大。當(dāng) 01 8 0?? 002 VQR ?? 例題： 一個(gè)水平放置的 90186。彎管輸送水 已知： d1＝ 150mm， d2＝ 75mm p1＝ 105Pa， Q＝ 不計(jì)水頭損失 求：水流對(duì)彎管的作用力 大小和方向 分析角度對(duì)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(shè) R為彎管對(duì)水流的作用力，與水平方向的夾角為θ，方向如圖 對(duì)選取的控制體列動(dòng)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(duì)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(xué)會(huì)分析控制體的受力情況。 38 單元 單元一 液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 課題 課題二 液體動(dòng)力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用 課型 新授課 課時(shí) 2 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) ： 了解水擊的概念、原理、分類，分析水擊發(fā)生過程。 技能目標(biāo) ： 通過分析水擊過程來認(rèn)識(shí)電廠中發(fā)生的各種水擊現(xiàn) 象。 德育目標(biāo)： 水擊容易造成管道破裂，形成真空和汽蝕現(xiàn)象，應(yīng)嚴(yán)格加以防范。 教學(xué)重點(diǎn) 水擊受力分析。 水擊的影響。 教學(xué)難點(diǎn) 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(xué)方法 講授、分析、比較 教學(xué)媒體 黑板、粉筆 授課時(shí)間 教材分析 本部分內(nèi)容通過閥門開啟和閉合時(shí)對(duì)管道的影響為例，闡述了水擊的破壞影響力很大，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)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(xué)過程： 備注 引入課題： 流體在受到外在切向應(yīng)力 作用時(shí)，會(huì)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(dòng)量方程式在水擊研究中的應(yīng)用。 一、水擊現(xiàn)象： 水擊 —— 有壓管路中流動(dòng)的液體，由于某種外界因素（閥門突然關(guān)閉，水泵突然停轉(zhuǎn)等）使流速發(fā)生變化（動(dòng)量變化）從而引起壓強(qiáng)突然變化（升壓與降壓交替進(jìn)行）的水力現(xiàn)象，或叫水錘 —— 升壓、降壓交替進(jìn)行時(shí)，水流對(duì)管壁和閥門的作用如錘擊一樣 水擊危害：壓強(qiáng)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(dòng)量轉(zhuǎn)化→ p? 升高→形成水擊波。 水擊波 —— 發(fā)生水擊時(shí)，水擊壓強(qiáng)以波的形式由閥門處向管道進(jìn)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(shí) 水擊波傳到進(jìn)口處，所有液體停止運(yùn)動(dòng)處于升壓狀態(tài) 第二階段：減速減壓過程 00 vv ??? clt 2? 時(shí) 壓強(qiáng)為 0p 同時(shí)具向水池方向的流速 0v 第三階段：增速減壓過程 clt 3? 時(shí) 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(qiáng)的計(jì)算 用理論力學(xué)中的動(dòng)量定律來推求。 直接水擊 重點(diǎn)掌握 明確各過程線的含義 40 ①直接水擊： clT 2? 時(shí) 最早發(fā)出的水擊波的反射波在到達(dá)閥門之前，閥門已關(guān)閉。水擊波運(yùn)動(dòng)特征相當(dāng)于 0?t 時(shí)的水擊波特征 ②推導(dǎo)：水擊前 水體動(dòng)量 0tvAc?? 此時(shí)間后動(dòng)量為 vtcAA ????????? )()( ?? 動(dòng)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(shí)刻全部關(guān)閉，即 0?v 0vcp ???? ? 用水柱高度表示 0vgcpH ???? ? 二、間接水擊： ① clt 2? 時(shí)，即關(guān)閉最早的水擊波的反射波到達(dá)閥門時(shí)，閥門仍未關(guān)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(fù)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(guān)閉時(shí)間 zt —— 水擊波的相長(zhǎng)，其值為 cl2 三、水擊波的傳播速度： 計(jì)算水擊壓 強(qiáng)、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(jì)算 此處為難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際講解 41 三、 水擊的預(yù)防： 避免直接水擊，減少間接水擊壓強(qiáng) 措施一般有：①限制管中流速 擴(kuò)大 ????? pvd ②延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間 ③管道上設(shè)置安全閥、水擊消除閥等裝置，旁通閥門有一個(gè)分液體流出，減小水擊壓強(qiáng) ④管道上設(shè)置空氣室，調(diào)壓塔等裝置 減小 水擊壓強(qiáng)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(diǎn)掌握避免或減輕水擊危害的措施。 42