传输原理教案 (第5章) 流体.pptVIP

* * （1）流体流动时，也会发生能量形式的相互转换。这种转化是以能量守恒规律为基础。 （2）流体流动时的能量守恒规律可以用 “伯努利方程” 来表达。本章介绍伯努利方程的建立、物理意义及工程上的应用。 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 第5章 流体流动的能量守恒 p97 约翰.伯努利（Johann Bernoulli 1667~1748）是瑞士物理学家。是提出机械能守恒定律的学者之一，曾指出德国数学家莱布尼兹的“活力（能）”消失，只不过是能量转换成其它形式能罢了。 丹尼尔·伯努利（Daniel Bernoulli，1700-1782）瑞士科学家，在流体力学、气体动力学、微分方程等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。 丹尼尔·伯努利是运用父亲的这一原理（能量守恒定律）来研究流体的运动，他分析流体流动时压强和流速的关系，得出了“伯努利方程”。在1725~1749年间，丹尼尔.伯努利曾十次荣获法国科学院的年度奖。 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） p97 理想流体的伯努利方程 （Bernoulli Equation of Ideal Fluid） 条件：理想流体，不可压缩，稳定流，只有重力场 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） 由欧拉方程可以导得伯努利方程（5-2）： 这是流体质点在微元空间（dx, dy, dz）内沿任意方向流线运动时的伯努利方程。 伯努利方程的积分形式： 流体质点由空间一点(1)流至另一点(2)时，积分上式可得： 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） 考虑1, 2两点的任意性，有： P.98, (5-3) 对（5-3）的各项乘以密度 ? 得到： 对（5-4）的各项除常数 ? g，得到伯努利方程的常用形式(5-5)： 由伯努利方程： 速度水头（动能） 伯努利方程的物理意义： 单位质量的理想流体所携带的总能量在它流经的路程上的任何位置均保持不变（但动能，位能和压力能可以相互转换） 有些书上称为 “机械能平衡式”。 对于流动流体： 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） 对静止流体：P.20, 2.2节， （2-6）式： 压力水头＋位置水头＝常数 （静水头） （压力水头）－－质点在位置高度z时，由于受到压力p而能够上升的高度 （位置水头）－－位置高度。 （速度水头）－－质点在位置高度z时，以速度 v铅直向上喷射所能达到的高度（射程）。 （不计空气阻力） 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） 伯努利方程的几何意义：（参看P.99 图5-1） 摩擦阻力损失（内摩擦力作功的增量，其值总是随流动路程的增加而增加） 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.1 能量守恒方程（伯努利方程） 对粘性流体： § 5.2 伯努利方程在流体流动参数测量器具上的应用 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.2伯努利方程在测量方面的应用 5.2.1 毕托管 毕托（Pitot）是18世纪法国工程师。1732年毕托发明了量测水流流速的毕托管。 观察同一水平流线上A，B两点： 因迎着流体的毕托管对流动 流体的阻碍作用，vA=0 又，zA=zB Ａ，Ｂ点取静压： 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.2伯努利方程在测量方面的应用 毕托管 （用来测量流场中一点流速的器具） 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.2伯努利方程在测量方面的应用 复杂一些的毕托管本身带有静压测点，也可以直接读出压头（v2/2g），还可以测流量。 风管中安装的毕托管 第一篇 动量传输 第5章 流体流动的能量守恒 §5.2伯努利方程在测量方面的应用 5.2.2 文丘里管 —— 测量流体压差的一种装置 文丘里（G.B Venturi ）意大利物理学家 1797年文丘里创造了测量管道流量的文丘里管。 文丘里管是先收缩而后逐渐扩大的管道。测出其入口截面和最小截面处的压力差，用伯努利定理即可求出流量。 由连续性方程: 流量： 考虑粘性流体在截面