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均匀流和非均匀流: 空泡现象: 4.3.3 空泡和空蚀现象 在一个大气压环境中，水 在时沸腾，水分子从液态转化为汽态，整个水体内部不断涌现大量气泡逸出水面。但是如果在常温下（ ），若使压强降低到水的饱和蒸汽压强2.4kPa（绝对压强）以下时，水也会沸腾。通常将这种现象称为空化，此时水中的汽泡称为空泡。 工程流体力学 如图4.6，水流在过流断面1—1处由于流速急剧的增大，使得该处流体质点的压强显著地降低，倘若此时压强下降至该水温下的汽化压强，这时水迅速汽化，使一部分液体转化为蒸汽，这就是空泡现象的产生。 工程流体力学 图4.6 空泡现象 由于管径的突然扩大，流速急剧的减小，使得2-2断面处流体质点压强迅速增大，前生成的汽泡进入压强较高的区域而突然溃灭，空泡在溃灭时形成一般微射流，当空泡离壁面较近时，这种微射流像锤击一般连续打击壁面，造成直接损伤。空泡溃灭形成冲击波同时冲击壁面，无数空泡溃灭造成的连续冲击将引起壁面材料的疲劳破坏。这两种作用对壁面造成的破坏称为空蚀。 【例4.3】鱼雷在10米深的水下以50节的速度运动，倘若在雷身表面与水流相对速度为该速度的1.2倍。（如图4.7所示。） 求：（1）雷身表面最小压强为多少；（2）设水温为20°C，雷身出现空泡时的鱼雷速度。 工程流体力学 【解】 （1）作运动的相对变换，鱼雷静止，水流以50节速度流经鱼雷。 在雷身表面B点处水流速度 节， 节= 节= 从A至B点处列伯努利方程 工程流体力学 雷身表面最小压强在B处，真空压强为47.76 ，该处的绝对压强为 （2）当雷身出现空泡时，则B点为最先出现空泡处，据题意水温在20oC，水的汽化压强为2400 ，即B点压强为 此时发生空泡。 按（a）式 工程流体力学 节 当鱼雷的速度为57.6节时在鱼雷B处出现空泡。 4.3.4 测速仪 在实际工程中经常要测量流场中某点的流体速度，测量管流中流体的流量，常用的有两种测速仪。 工程流体力学 1. 皮托测速管（Pitot tube） 皮托测速管，又称为皮托管（图4.8）。 皮托管正前方A点→O点→B点一条流线，（常称为零流线），该流线的伯努力方程 工程流体力学 图4.8 皮托管原理 由于 ，称为驻点， 称为驻点压强， 即为水流的速度 。故由（a）得 由于皮托管很细，它放置于流场中不会影响水流速度，即 ，且可以认为 。 由（a）得 因此 工程流体力学 由U形管水银液压差的读数得 由（c），（d）得 由于实际流体具有粘性，因此测到的流速需乘上一个修正因数 （称为皮托管因数）一般作标定测量后确定。 流场中某点流速 毕托管就是通过内部测量 两点压强之差，通过上式换算成来流速度的一种测量某点流速的仪器。 工程流体力学 2.文丘里管（Venturi tube） 文丘里管是常用的测量管道流量的仪器，也称文丘里流量计，如图4.9所示。 取1—1，2—2两渐变流断面，列伯努利方程 列连续性方程 工程流体力学 联立（a）,（b）解得: 流量 工程流体力学 上式中 称为流速因数，式中 是主管中流体的重度。 文丘里管的流量公式为 由于实际流体两断面间有能量的消耗，因此实际测量的流量值要比理论值小，为此考虑修正系数μ（μ＝0.95~0.98），μ也称流量修正因数。故 在实际使用中文丘里管与管子的倾斜与否无关。 工程流体力学 【例4.4】用文丘里流量计来测定管道的流量，设进口直径d1=100mm，喉管直径d2=50mm，水银压差计实测到水银面高度Δh=4.76cm，流量计的流量修正因数μ＝0.95。试求管道输水流量。 【解】 流速因数 流量公式 工程流体力学 4.3.5 伯努利方程应用的补充说明 1. 气流的伯努利方程 对于非空气流，如煤气、废气等若要用相对压强，则要注意以下内容 设恒定非空气流（图4.10），气流重度为γ，外部空气重度为 。 列1—1至2—2的总流伯努利方程 工程流体力学 当计算气流时常将上式表示为压强形式，即 式中 为压强降损失， 。 将式（4.12）中压强用 相对压强 和 表示 式中 为z1处的大气压， 为z2处大气压，将其代入式（4.12），整理得 工程流体力学 上式是非空气流用相对压强计算的伯努利方程形式。其中 、 称为静压， 、 称为动压， 为单位体积气流所受到的有效浮力，