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The end Thank you ! l 定义 称为沿程水头损失系数 EXIT 可知 对比 ?二.沿程水头损失系数 寻求沿程水头损失可归结为寻求沿程水头损失系数 EXIT §5—3 圆管中的层流流动 圆管层流流动的断面流速和切应力分布 圆管层流流动的沿程水头损失系数 dx x τ τ r r0 z 直接对图示微元写出重力、压差力和粘性力的平衡方程式 EXIT 注意 z 轴必须铅垂向上 记 圆管中的不可压流体层流流动能够得到解析解。它是 x-r 子午面上的轴对称二维流动,ur = 0 , ux = ux(r) . 流动的起因是:质量力(重力)和压差。 ?一.圆管层流流动的断面流速和切应力分布 dx x τ τ r r0 式中 测管水头线沿程下降率,也是总水头沿程下降率,即水力坡度 EXIT 积分,并由边界条件 ux (r0) = 0 z τ ux 断面流速是旋转抛物面分布 切应力是线性分布 管轴处流速最大 易于得到流量 平均流速 管壁处切应力大小 EXIT ? ux EXIT 圆管均匀流中切应力是线性分布,与 r 成正比,这个结论不论对层流还是紊流都是对的。但流速为旋转抛物面分布,只是层流才适用,因为层流流动切应力满足牛顿内摩擦定律,所以流速的一阶导数与 r 成正比,即流速为二次分布。紊流的切应力除了粘性切应力以外还包括由脉动产生的附加应力,所以流速不再是二次分布。 注意 EXIT ?二.圆管层流流动的沿程水头损失系数 圆管层流沿程水头损失 圆管层流沿程水头损失系数 注意到分母中的雷诺数含有断面平均流速的一次项,所以圆管层流流动的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比。 * * 第四章 流体动力学基础 §4—4 理想流体的无旋流动 学习内容回顾 一. 无旋流动的伯努利积分 欧拉积分 重力场中的欧拉积分 注意:表面上看,伯努利积分和欧拉积分很相似,但两者的适用条件和使用范围是不同的。 二. 流速势函数定义 无旋流动 有势流动 等 价 M0 M1 O y x z 无旋流动 等 价 无旋流动 有势流动 等 价 无旋流动 速度势函数的性质 3 不可压流体无旋流动的速度势函数满足拉普拉斯方程 1速度沿三个坐标轴的分量等于速度势对于相应坐标的偏导数 2在有势流动中,沿一曲线的速度环量等于曲线终点与起点的速度势之差 要按照定义求速度势,不要误认为做三个独立的不定积分。 给出流场,求解速度势,要先检查流场是否无旋。 代入 确定 EXIT 速度势函数的求法 寻找全微分 三. 流函数 某一函数的全微分 等 价 不可压缩流体的平面流动 原流速场的流函数 流函数的性质 3 在平面流动中,流函数满足拉普拉斯方程 1 速度与流函数的关系 2 在平面流动中,两条流线间单位厚度通过的体积流量等于两 条流线上的流函数之差 不可压缩流体平面无旋流动的速度势函数与流函数的关系 根据它们和流速场的关系可知 称这对调和函数满足柯西 — 黎曼条件,互为共轭调和函数。 上取一段微元弧长矢量 dl ,则 EXIT 不可压缩流体平面无旋流动既有速度势函数又有流函数,它们都满足拉普拉斯方程,都是调和函数。 共轭调和函数 等势线?=C和等流函数线?=C(流线)正交 绘制流网是求解理想不可压流体恒定平面有势流动的一种近似的几何方法,流网是由等速度势函数线族和等流函数线(流线)族构成的正交网格。一般取速度势函数和流函数的增量相等,流网呈正方形。根据流网可以图解流速,再由欧拉积分推算压力。 x y ds dn ?+d? ? +d? ? ? u o EXIT 流网 四. 几种基本的不可压缩流体平面有势流动 1 直线等速流动 速度势 流函数 EXIT o α ?2 x ?1 ?4 y ? 2 ?3 ?5 ? 3 ? 4 ? 5 ? 1 直角坐标系中速度场 实际上是与流动平面垂直的一条无限长线源,单位长度源强为q q为正称为点源,q为负称为点汇。 EXIT 平面点源 o ?2 x ?1 ?4 y ?3 ? 2 ? 3 ?1 速度势 极坐标系中速度场 流函数 以点源为圆心的同心圆 流线 从点源出发的半射线 等势线 x 实际上是与流动平面垂直的一条无限长线涡,涡强为Γ . Γ 以逆时针为正,顺时针为负。 o y EXIT ?2 ?1 ?3 ? 2 ? 3 ?1 平面点涡 极坐标系中速度场 速度势 流函数 从点涡出发的半射线 以点涡为圆心的同心圆 等势线 流线 五. 基本有势流动的叠加 拉普拉斯方程是线性齐次的,解的线性组合仍是解。 EXIT 根据叠加原理,可用基本有势流动叠加成较复杂的有势流动。 势流叠加原
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