第三节 液体动力学基础.ppt

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1、第三节液体动力学基础液体的流态与流速流体的动量方程流体的伯努利方程流体的连续方程流体动力学主要研究液体流动时流速和压力的变化规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。主要内容：液体的流态和流速1.理想液体、稳定流动理想液体：假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。实际液体：有粘度、可压缩的液体稳定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，称为定常流动或非时变流动。（实验）非

2、稳定流动：压力、速度、密度随时间变化的流动。实验2.流线、流束、流管、通流截面：流线：液流中各质点的速度方向相切的曲线。流束：许多流线组成的一束曲线。流管：通过一条封闭曲线的密集流线束。通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。3.流速、流量流量：单位时间内流经某通流截面流体的体积，流量以q表示，单位为m3/s或L/min。流速：流体质点单位时间内流过的距离，实际流体内各质点流速不等。平均流速：通过流体某截面流速的平均值。1）实验2）流态♣层流：分层、稳定、无横向流动。♣湍流：不分层、不稳定、有横向流动。3）判定流态♣雷诺数Re♣临界雷诺数Rec

3、♣判定方法ReRec——湍流4、液体的流态物理意义Re无量纲非圆管截面液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即：流体的连续方程依据：质量守恒定律结论：流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。ρ1v1A1=ρ2v2A2不考虑液体的压缩性，则得q=vA=常量流体的伯努利方程1、理想液体微小流束伯努利方程假设：理想液体作恒定流动依据：能量守恒定律推导：研究流束段ab在时间dt内流到a'b‘♣外力对流束段ab所做

4、的功W♣流束段aa‘-bb’能量的变化ΔE动能位能♣外力做功=能量变化W=ΔE所以2、实际液体伯努利方程实际液体：有粘性、可压缩、非稳定流动。速度修正:α动能修正系数平均流速代替实际流速，考虑能量损失hwghghpghupwu+++=++222221112221rarm2v2动量方程依据：动量定理m1v1Ftβ1β2-动量修正系数，湍流=1，层流=4/3用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。推导：例题：阀芯打开时受力分析1.液体受力Fx=ρq(β2v2cos90–β1v1cosθ)取β1=1则Fx=–ρqβ1v1cosθ2.阀芯受力

5、F'x=–Fx=ρqβ1v1cosθ指向使阀芯关闭的方向