工程流体力学第四章1.ppt

讨论分析 薄壁和厚壁前面有过详细讨论，这里不再做叙述； 内伸管嘴：隐蔽，与相同外界条件的管嘴相比流速与流量低15％，原因扰动大，能量损失大； 收缩管嘴：阻力较小，流速系数较大，流量视情况而定 时动能达到最大值，流量也较大，适用于水力采煤、水力喷砂、水力远射、冲击式水轮机喷管等处 ； 扩张管嘴： 为最佳扩张角，适用于大流量低流速的场所，如水轮机的尾水管、喷射水泵、文丘里流量计等处 。 注意： （1）流速系数大的，流速也大，因为 （2）流量系数大的，流量却不一定大，因为 4.5 平行平板之间的缝隙流动 本节研究平行平板缝隙中的液体流动．它是讨论其它各种缝隙流动的基础。而在液压工程中有许多流动本身就是平行平板缝隙流动，或可以简化为这类流动来处理，如齿轮泵或齿轮马达的齿顶与泵壳缝隙、静压导轨缝隙等。 4.5.1固定平板间的缝隙流动 p1 h 图4.5.1 固定平行平板缝隙流动 L U（z） p2 z x y 流动特点：1.一维定常层流的流体运动速度 ， ， 2.由连续方程知 3.对于不可压缩流体，并且忽略质量力。 求解：1.截面上的速度分布及规律，平均速度。 2.缝隙的流量。 回顾一下N－S方程（2.4.6） 拉普拉斯算子 简化N－S方程得到（4.5.1） （4.5.1） （4.5.3） 解常微分方程得 代入边界条件 得 （4.5.4） 最大速度 缝隙流量 平均流速 4.5.2具有相对运动的两平行平板间的流动 U U h h a) b) 图4.5.2 压差、剪切流速度分布 将流动分解为纯压差与纯剪切两种流动的简单叠加。 （4.5.11） （4.5.12） 速度分布 流速 符号说明：压差与平板运动方向相同取正号；方向相反取负号 4.5.3具有相对运动的两平行平板的最佳缝隙高度 h小泄漏小，泄漏损失的功率W0小 h小速度梯度大，粘性摩擦力引起的功率损失WF大 矛盾 存在最佳缝隙高度h0 求解最佳缝隙高度（假定平板运动方向与压差方向均向右） 1.粘性摩擦力引起的功率损失WF 压差引起的摩擦力，帮助平板运动，做正功 平板相对运动产生的摩擦力，总是阻碍平板运动，做负功 所以 2.泄漏引起的功率损失W0 4.对上式求导，导数等于0，求得最佳缝隙高度 3.总功率损失W 4.6 圆环间的缝隙流动 液体在二圆柱面缝隙中沿轴线方向的流动是液压技术中经常遇到的问题，例如液压缸和活塞或柱塞缝隙中的流动就几乎随处可见。讨论这类问题对设计计算液压元件和液压系统都十分重要。 孔板消能泄洪洞的水力学问题十分突出，主要包括孔板消能的机理和消能率、水流脉动引起洞壁的振动问题、水流的空蚀空化问题、工作弧门流激振动问题、明流段水流掺气问题、通风井通气量问题以及事故门动水下门等。 * * 通常缝隙的高度远小于其长度和宽度，所以这种流动大都是一元层流流动。在流体工程中，尤其是在液压元件中，零部件之间的适当间隙是保证正常工作所必须的条件。缝隙的形式和尺寸大小对液压元件的影响极大。因此人们常把缝隙也作为液压元件的重要组成因素。讨论液压油在缝隙中的流动规律对液压元件的设计、性能分析和操作都具有重要实际意义。 * 第4章 孔口出流与缝隙流动 本章主要介绍流体力学基本方法和水头损失计算方法在孔口与管嘴出流以及缝隙流动中的应用，得出了孔口、管嘴出流以及缝隙流动的基本公式。 本章主要内容： 孔口出流：孔口的分类孔口出流的基本公式推导 （Bernoulli’s Equations应用）； 缝隙流动：各种缝隙流动的流体计算（The Navier-Stokes Equations）； 4.1 孔口出流的分类 孔口出流（orifice discharge）：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。 ??? 应用：排水、水处理工程中各类取水，泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口。 黄河小浪底工程为控制黄河水沙的关键性骨干工程，是国内外首次采用孔板泄洪洞的大型工程。孔板泄洪洞工作弧门的最大工作水头为140m，孔口出流流速高达35m，单洞最大泄洪功率超过2000MW。 几个实例 船闸闸室的充水、泄水 水处理（沉淀水池） 等等 根据l/d可以分为薄壁孔口和厚壁孔口（图4.1.1） 薄壁孔口（thin-wall orifice ）： ，边缘厚度的变化对流体出流不产生影响。仅考虑收缩而产生的局部能量损失，收缩断面的位置在出孔后1/2d处； 厚壁孔口： ，也叫长孔口、管嘴。壁厚对射流影响显著，射流在孔内收缩后又扩散而附壁。考虑沿程阻力损失和局部阻力损失。应用在消防水枪和水力机械化施工用水枪等。 图4.1.1 薄壁孔口和厚壁孔口 分类