流体运动学与动力学.ppt

第三章 流体运动学与动力学基础 对选取的控制体列动量方程： 水流对弯管壁的作用力与R互为反作用力，两者大小相等，方向相反。 所以， y方向： x方向： 用动量方程求解流体对固体边界的作用力时，以下步骤可供参考： 1. 分析流体运动，找出渐变流断面，取分离体。建立坐标，规定正方向。 2. 分析作用在分离体上所有外力，并假设固体边界对流体作用力R的方向。 3. 建立动量方程。若动量方程中的未知数多于一个，则应联合能量方程式或（和）连续性方程，求解边界对流体的作用力R。 4. 根据作用力与反作用力大小相等、方向相反的原则，确定流体对固体边界的作用力。 第三章 流体运动学与动力学基础 §3.1~§3.7 内 容 小 结 研究流体流动的方法 §3.1 流体运动的基本概念 §3.2 质量守恒——连续性方程 §3.3 能量守恒——伯努利方程 §3.4~ §3.6 动量定理——动量方程 §3.7 拉格朗日法 欧拉法 流线、迹线； 流束、总流； 有效断面、流量 一元流连续方程 空间连续方程 理想流体运动方程 实际流体伯努利方程及其应用 动量方程及应用 第三章 流体运动学与动力学基础 1、水头线： 水头线是能量方程的几何表示。伯努利方程中的各项比能和水头损失都具有长度的因次，因此可以用液柱高度表示各种比能。沿程逐点的水头连线称为水头线，可以直观地反映各项能量之间的转化关系。 水头线分为： 位置水头线 测压管水头线 总水头线 三、水头线和水力坡降 掌握 第三章 流体运动学与动力学基础 总水头线 总水头 （总比能） 测压管水头线 测压管水头 （比势能） 位置水头线 位置水头 （比位能） 总水头线与测压管水头线 之间的垂直间距 流速水头 （比动能） 测压管水头线与位置水 头线之间的垂直间距 压力水头 （比压能） 几何表征 理论公式 物理表征 2、水头线的画法： （1）确定基准面 0－0。 （2）管线轴心线到基准面的距离的连线为位置水头线。 （3）在各断面轴心向上作垂线，在其上截取高度等于中心点的压强水头 p/γ，得测压管水头，然后，把各断面的测压管水头连起来，得测压管水头线。 （4）在测压管水头线以上截取高度等于流速水头 就得到该断面的总水头 ，各断面总水头的连线称为总水头线。 （5）两断面之间的总水头线下降高度就是这两断面间的水头损失 hw1－2 第三章 流体运动学与动力学基础 1 0 0 2 3 H z 位置水头线 测压管水头线 α2 hw1-3 总水头线 α1 hw1-2 注：不计局部水头损失 m 第三章 流体运动学与动力学基础 3、水力坡降： 定义：单位长度上的水头损失。 表达式： 单位：无量纲、无因次量 特点：等径管中，各断面的水力坡降相等，应等于总水头线的斜率，即： 。 第三章 流体运动学与动力学基础 §3.6 泵对液流能量的增加 泵的扬程及功率 掌握 第三章 流体运动学与动力学基础 掌握 当管路与泵连接时，泵的工作将机械能传递给液体，使液体本身能量增加。 单位重量的液体所增加的机械能，同时也是泵对单位重量液体所作的功。用H 表示，是一个液柱高度，称为泵的扬程。 对于管路中泵前断面1-1及泵后断面2-2，两断面之间的水流运动同样满足流体运动的能量方程，即伯努利方程。 一、泵的扬程 第三章 流体运动学与动力学基础 取1、2断面列伯努利方程： 1 1 即：水泵的扬程除克服前后断面的位置水头差之外，还需要克服全管路的水头损失。? 由于p1=p2=0， v1=v2≈0，则有：? 第三章 流体运动学与动力学基础 掌握 泵的有效功率：泵在单位时间内对通过的液体所做的功，为泵的输出功率 泵的轴功率：泵的输入功率——N轴 泵的效率： 二、泵的功率 第三章 流体运动学与动力学基础 已知：水泵吸水管d1=200mm，排水管d2=150mm，流量Q=0.06m3/s，泵前真空表读数为4mH2O，泵后压力表读数为2at，h=0.5m。 求: (1) 水泵扬程H=?（不计水头损失）(2)若N轴=25hp（马力），水泵效率?泵=? 第三章 流体运动学与动力学基础 解：断面1-1:与真空表连接处 断面2-2:与压力表连接处 以1-1所在的水平面为基准面， 对1-1、2-2列伯努利方程： Z1=0 z2=h=0.5m 第三章 流体运动学与动力学基础 第三章 流体运动学与动力学基础 N泵=? QH=9.8×103×60×10-3×24.9=14.641Kw N轴=25hp=735W×25=18.375k