流体力学在工程技术中的应用.ppt

二、压强差与剪切同时作用时 流速： 流量： 具有相对运动的两平行平板间的缝隙流动 第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日 一、同心圆柱环形间隙流动 当h/d1环形间隙流动近似看成平行平板间隙中的流动，则 速度分布为： 流量为： 6.2.3 环形缝隙中的层流流动 第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日 对如图所示的偏心环形间隙，设R1和R2分别为圆柱和圆孔的半 径，e为偏心距，圆柱和圆孔所形成的间隙是随 ? 角而变的变 量，且有 在任意角度处取一微小角度增量 d?，d?角度所对应的弧长CB=ds= R2d?，对应的间隙高度为h。流体通过宽度ds，间距高度为h的流动，可视为两平行平板间的流动，则流量为 二、偏心圆柱环形间隙的流动 第三十页，共四十二页，2022年，8月28日 流体力学在工程技术中的应用 第一页，共四十二页，2022年，8月28日 * 第六章 流体力学在工程技术中的应用 6.1 孔口出流 6.2 缝隙流动 6.3 气体的一元流动 第二页，共四十二页，2022年，8月28日 6.1 孔口出流 6.1.1 孔口出流的分类 6.1.2 薄壁小孔口自由出流 6.1.3 孔口出流系数 6.1.4 厚壁孔口自由出流 第三页，共四十二页，2022年，8月28日 6.1 孔口出流 孔口出流在工程技术中有着广泛的应用，在许多领域都可以见到。例如，水利工程上的闸孔，水力采煤用的水枪，汽车发动机的汽化器，柴油机的喷嘴，以及液压技术中油液流经滑阀、锥阀、阻尼孔等都可归纳为孔口出流问题。 本章讨论液体孔口出流的基本概念，研究流体出流的特征，确定出流速度、流量和影响它们的因素。通过对这些问题的研究，以便使我们进一步掌握流体流动基本规律的应用。 第四页，共四十二页，2022年，8月28日 6.1.1 孔口出流的分类 一、薄壁孔口和厚壁孔口 1、如果液体具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖锐的边缘，此时边缘厚度的变化对于液体出流不产生影响，出流水股表面与孔壁可视为环线接触，这种孔口称为薄壁孔口。 特征：L/d≤2 2、如果液体具有一定的速度，能形成射流，此时虽然孔口也具有尖锐的边缘，射流亦可以形成收缩断面，但由于孔壁较厚，壁厚对射流影响显著，射流收缩后又扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔口或长孔口，有时也称为管嘴。 特征：2＜L/d≤4 孔口出流：流体流经孔口的流动现象。 第五页，共四十二页，2022年，8月28日 第六页，共四十二页，2022年，8月28日 3、收缩断面：薄壁孔口边缘尖锐，而流线又不能突然转折，经过孔口后射流要发生收缩，在孔口下游附近的c-c断面处，射流断面积达到最小处的过流断面。以Cc表示。 4、收缩系数：收缩断面面积与孔口的几何断面积之比。 即 Cc = Ac/A。 5、出流特征：液体从薄壁孔口出流时，没有沿程能量损失，只有收缩而产生的局部能量损失，而液体从厚壁孔口出流时不仅有收缩的局部能量损失，而且还有沿程损失。 6.1.1 孔口出流的分类 第七页，共四十二页，2022年，8月28日 1、小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的，则称为小孔口。 2、大孔口：如果孔口断面上各点的流速相差较大，不能按均匀分布计算，则称为大孔口。 二、大孔口和小孔口 三、自由出流和淹没出流 1、自由出流：以出流的下游条件为衡量标准，如果流体经过孔口后出流于大气中时，称为自由出流； 2、淹没出流：如果出流于充满液体的空间，则称为淹没出流。 6.1.1 孔口出流的分类 第八页，共四十二页，2022年，8月28日 6.1.2 薄壁小孔口自由出流 一、分析 液体从容器内经薄壁小孔口出流的情况如图所示。取图中的1-1和c-c断面列伯努利方程，则 其中： 得： 第九页，共四十二页，2022年，8月28日 第十页，共四十二页，2022年，8月28日 整理得： 当A1Ac,并注意到αc≈1，则得 式中：流速系数 通过孔口的流量为 流量系数 Cd = CcCv 第十一页，共四十二页，2022年，8月28日 二、两种特例 1、若容器上部为自由液面且小孔自由出流时，有 2、高压系统（ ），则有 6.1.2 薄壁小孔口自由出流 第十二页，共四十二页，2022年，8月28日 一、流速系数Cv 1、流速系数物理意义：实际流速与理想流速之比。 2、射流轨迹法测定Cv 如图所示，孔口出流射入大气后成为平抛运动，将坐标原点取在收缩断面上，测量射流上任一点的