水力学课件-水动力学

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1、注册公用设备师给排水基础考试水力学-水动力学基础南京工业大学城建学院市政工程系二零零四年七月十日三、流体动力学（一）、基本概念1.恒定流与非恒定流（1）.恒定流：流体流动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化的流动称为恒定流。如图1-6（a）所示。（2）.非恒定流：流体流动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素随时间变化而变动的流动称为非恒定流。如图1-6（b）所示。自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。2．压力流与无压流（1）.压力流：流体在压差作用下流动时，流体整个周围都和固体壁相接触，没有自由表面，如供热工程中管道输送汽、水带热体，风道中气体，给

2、水中流体输送等是压力流。（2）.无压流：流体在重力作用下流动时，流体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面。如天然河流、明渠流等一般都是无压流。3.流线和迹线（1）.流线：流体流动时，在流速场中画出某时刻的这样一条空间曲线，它上面所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线相切，这条曲线就称为该时刻的一条流线。欧拉法（2）.迹线：流体流动时，流体中的某一质点在连续时间内的运动轨迹称为迹线。流线与迹线是完全不同的概念。非恒定流时流线与迹线相重合。拉格朗日法4.均匀流与非均匀流（1）.均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流动称为均匀流。如等截面长直管中的

3、流动。（2）.非均匀流：流体流动时，流线不是平行直线的流动称为非均匀流。如流体字收缩管、扩大管或弯管中流动等。它又可分为：<1>.渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动称为渐变流。<2>.急变流：流体运动中流线不能视为平行直线的流动称为急变流。均匀流和非均匀流5.元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速（1）.元流：流体运动时，在流体中取一微小面积dω,并在dω面积上各点引出流线并形成了一股流束称为元流，见图1-7。在元流内的流体不会流到元流外面；在元流外面的流体亦不会流进元流中去。由于dω很小，可以认为dω上各点的运动要素（压强与流速）相等。（2）.总流：流体运动时

4、，无数元流的总和称为总流。（3）.过流断面：流体运动时，与元流或总流全部流线正交的横断面称为过流断面。用dω或ω表示，单位为m2或cm2。均匀流的过流断面为平面，渐变流的过流断面可视为平面；非均匀流的过流断面为曲面。元流与总流流线与过流断面（4）流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积称为体积流量。用符号Q表示。单位是m3/s或L/s。一般流量指的是体积流量，但有时亦引用重量流与质量流，它们分别表示单位时间内通过过流断面的流体重量和质量。重量流量的单位为N/s。质量流量的单位为kg/s。（5）.断面平均流速：过流断面面积乘平均流速v所得到的流量，等于实际流速通

5、过该断面的流量。断面平均流速计算公式为：流量、过流断面和平均流速三者之间的关系（二）、恒定流的连续性方程式在恒定总流中任取一元流，如图1-11所示，元流在1-1过流断面上的面积为d1,流速图1-10断面流速图1-11恒定总流段为u1；在2-2过流断面上的面积为d2，流速u2。并考虑到：（1）由于流动是恒定流，元流形状及空间各点的流速不随时间变化。（2）流体是连续介质。（3）流体不能从元流的恻壁流入或流出。Q1=Q2V1A1=V2A2（三）恒定总流能量方程式1.恒定总流实际液体的能量方程式1738年荷兰科学家达·伯努里（DanielBernoulli）伯努里方程式。（1-

6、17）z1、z2—过流断面1-1、2-2单位重量液体位能，也称位置水头；—过流断面1-1、2-2单位重量液体压能，也称压强水头；—过流断面1-1、2-2单位重量液体动能，也称流速水头；hw1-2—单位重量液体通过流段1-2的平均能量损失，也称水头损失。压强和流速可用测压管和测速管测出来如果把各过流断面的测压管水头（）连成线，如图1-12中实线所示，称之为测压管水头线。测压管水头线可能上升，可能下降，也可能水平，可能是直线也可能是曲线。如果把各断面上的总水头顶点连成一条线，则此线为总水头线，如图1-12虚线所示。在实际水流中，由于水头损失h1-2的存在，所以总水头线总是沿

7、流程下降的倾斜线。总水头线沿流程的降低值h1-2与沿程长度的比值，称为总水头坡度或水力坡度，它表示沿流程单位长度上的水头损失，用表示，即：（1-17）图1-12圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线比托管测点流速文丘里流量计（四）恒定总流动量方程第二节流动阻力和流动损失一、流动的两种形态—层流和紊流人们在长期工程实践中发现管道沿程阻力与管道的流动速度之间的对应关系有其特殊性。当流速较小时，沿程损失与流速一次方成正比（如图1-13）示，并且在这两个区域之间有一个不稳定区。这一现象，促使英国物理学家雷诺于1883年在类似于图1-14所示的装置