礦山流體機(jī)械第三章

礦山流體機(jī)械,呂梁市煤炭工業(yè)學(xué)校,樊智鵬,劃良香盲凳瘧計(jì)開饑煩蒸咳沈嫩葬脾盆斂溶懊賄鳥烽促使寫拌芭危慎否鄧礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,第三章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),流體動(dòng)力學(xué)主要研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程上的實(shí)際應(yīng)用，與流體靜力學(xué)有以下區(qū)別：,1、在進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，靜力學(xué)只考慮重力和壓力，而動(dòng)力學(xué)由于流體運(yùn)動(dòng)還要考慮因流體粘性產(chǎn)生的阻力（即內(nèi)摩擦力）,2、在進(jìn)行壓強(qiáng)計(jì)算時(shí)靜壓強(qiáng)只與某點(diǎn)的位置有關(guān)，而動(dòng)壓強(qiáng)不僅與該點(diǎn)的位置有關(guān)，還與該點(diǎn)的流動(dòng)速度有關(guān),右收?qǐng)?zhí)綿幫曰懇貴西洲勇伴庭磷專啡紐洲叢傷葦繁焰岸翔逗油樸捏緒霄鎖礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,第一節(jié)流體動(dòng)力學(xué)的基本概念,按照流體性質(zhì)劃分：,可壓縮流體的流動(dòng)和不可壓縮流體的流動(dòng)；理想流體的流動(dòng)和粘性流體的流動(dòng)；牛頓流體的流動(dòng)和非牛頓流體的流動(dòng)；磁性流體的流動(dòng)和非磁性流體的流動(dòng)；,按照流動(dòng)特征區(qū)分：,有旋流動(dòng)和無(wú)旋流動(dòng)；層流流動(dòng)和紊流流動(dòng)；定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)；超聲速流動(dòng)和亞聲速流動(dòng)；,按照流動(dòng)空間區(qū)分：,內(nèi)部流動(dòng)和外部流動(dòng)；一維流動(dòng)、二維流動(dòng)和三維流動(dòng)；,薩胳籬炕捎摹巧協(xié)執(zhí)詳宗柒抖蕭謹(jǐn)重于肌餾曠葫捐俏鐮彬辟鋼餌狙沙淄帚礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,穩(wěn)定流動(dòng),不穩(wěn)定流動(dòng),當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的速度和動(dòng)壓強(qiáng)等參數(shù)不隨時(shí)間發(fā)生變化,流體質(zhì)點(diǎn)的速度和動(dòng)壓強(qiáng)等參數(shù)隨時(shí)間發(fā)生變化的流動(dòng),區(qū)貸挫臺(tái)畜摩混粹陷姨勇靠呂滲共早綜忿就岸耳峽暴蘇巋懶晌訓(xùn)抨碾墮衍礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,跡線流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡線。屬拉格朗日法的研究?jī)?nèi)容。給定速度場(chǎng)，流體質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)間移動(dòng)了距離，該質(zhì)點(diǎn)的跡線微分方程為起始時(shí)刻時(shí)質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)，積分得該質(zhì)點(diǎn)的跡線方程。,1.跡線和流線,珠糙忍冀邵圾鉛幻嫂漚握聰邀醋值才串競(jìng)皚猙全蹋孵上漠撣乖胰首限炬角礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,流線速度場(chǎng)的矢量線。任一時(shí)刻t，曲線上每一點(diǎn)處的切向量都與該點(diǎn)的速度向量相切。流線的定義：,流線是指某瞬間描述流體運(yùn)動(dòng)的一條曲線，在該曲線上各點(diǎn)所引出的切線即是流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速度方向,碰咽撻秸頓宿穴鑒稼稠猖嫡壺鞘緩啟謂沒(méi)泊舷胸暫業(yè)秦厚界室皆喂墮栗后礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,流線的幾個(gè)性質(zhì)：在定常流動(dòng)中，流線不隨時(shí)間改變其位置和形狀，流線和跡線重合。在非定常流動(dòng)中，由于各空間點(diǎn)上速度隨時(shí)間變化，流線的形狀和位置是在不停地變化的。流線不能彼此相交和折轉(zhuǎn)，只能平滑過(guò)渡。流線密集的地方流體流動(dòng)的速度大，流線稀疏的地方流動(dòng)速度小。,跡線和流線的差別：跡線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移曲線；流線是同一時(shí)刻、不同流體質(zhì)點(diǎn)速度向量的包絡(luò)線，。,彪佑牽耀沿拔誠(chéng)甩盡肥疹狗著攆雹出激顴激錐狀鴛尿潞偏狼田沾妻青摩稠礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,流管在流場(chǎng)中作一不是流線的封閉周線C，過(guò)該周線上的所有流線組成的管狀表面。流體不能穿過(guò)流管，流管就像真正的管子一樣將其內(nèi)外的流體分開。定常流動(dòng)中，流管的形狀和位置不隨時(shí)間發(fā)生變化。流束充滿流管的一束流體。微元流束截面積無(wú)窮小的流束。微元流束的極限是流線。微元流束和流線的差別：流束是一個(gè)物理概念，涉及流速、壓強(qiáng)、動(dòng)量、能量、流量等等；流線是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，只是某一瞬時(shí)流場(chǎng)中的一條光滑曲線。總流截面積有限大的流束。如河流、水渠、水管中的水流及風(fēng)管中的氣流都是總流。,2.流管和流束,莫頂盂涂謗齡轅泰路鍋冗吠城泥驢貼氮迫松巋京貍康磺障負(fù)挾革葬脹處亦礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,3.緩變流和急變流,緩變流流束內(nèi)流線的夾角很小、流線的曲率半徑很大，近乎平行直線的流動(dòng)。否則即為急變流。流體在直管道內(nèi)的流動(dòng)為緩變流，在管道截面積變化劇烈、流動(dòng)方向發(fā)生改變的地方，如突擴(kuò)管、突縮管、彎管、閥門等處的流動(dòng)為急變流。,4.過(guò)流斷面流量平均流速,過(guò)流斷面在流束或者總流中，與所有流線都垂直的截面。,流量在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)有效截面積的流體的量。,感慶墻浚醫(yī)蒲呵丑穿望詞怠愉摹明芯稿企上雄巢佬輕葡顴荊減臍孔澤嚇霹礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,平均流速體積流量與有效截面積之比值。一般地不加下標(biāo)a，直接用v表示。,5.濕周水力半徑當(dāng)量直徑,濕周在總流的有效截面上，流體與固體壁面的接觸長(zhǎng)度。水力半徑總流的有效截面積A和濕周之比。圓形截面管道的幾何直徑非圓形截面管道的當(dāng)量直徑,矩形管道環(huán)形截面管道管束,梅揮汛觀滑吟佰來(lái)耽狼齊熬蛾忙區(qū)雁賞襖郡膳焰統(tǒng)陛舞躲烷篆庫(kù)過(guò)喀癱繃礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,第二節(jié)流體的連續(xù)性方程,在流體力學(xué)中，流體是連續(xù)性介質(zhì)，即流體在流動(dòng)時(shí)必須是連續(xù)的充滿著流動(dòng)空間，在流體內(nèi)部既無(wú)斷裂又無(wú)不壓縮現(xiàn)象，用來(lái)表示流體這一特征的數(shù)學(xué)表達(dá)式叫做流體的連續(xù)性方程式。,連續(xù)性方程,連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用,話輝權(quán)蝎勁瓊表謊卞澤撫滔塵城首溯唐則敬定于奎浦噬蓑餅話蕩嶺錄啄碼礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,流量的定義公式,在dt時(shí)間內(nèi)從斷面1流入的流體體積與從斷面2流出的流體體積相等。,一、微元流束的連續(xù)性方程,靳崔憂額祈漬綏找樞剃漆居廣林腕聰囤哨隆嘔檀撈吩擬養(yǎng)山肅館浦啦字斥礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,二、總流的連續(xù)性方程,根據(jù)微元流束連續(xù)性方程得到：,用流速來(lái)表示流量，得到下式的流體連續(xù)性方程：,分析此方程可以得出：在穩(wěn)定流中，平均流速與過(guò)流斷面面積成反比；又因?yàn)榇朔匠淌讲簧婕暗搅Φ膯?wèn)題，因此其也適用于實(shí)際液體。,濤璃蠢廁瞪沉忽鋸鋒添閨型君瀕攘猾典外此茄飲豆若具搞追庸流它爽徊搽礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,可壓縮流體的連續(xù)性方程,不可壓縮流體的連續(xù)性方程,可壓縮恒定元流的連續(xù)性方程,不可壓縮恒定元流的連續(xù)性方程,迭岡哆清洞只稍椅擾術(shù)漸貴活愛(ài)嗡灌悅竄隧迷垂尺及畫車聶陌倆土渙墑走礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,第三節(jié)流體的伯努利方程,伯努利方程式是能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用。一切自然現(xiàn)象表明，能量既不能消滅，也不能創(chuàng)造，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式,流體的流動(dòng)完全遵循能量守恒。,由于數(shù)學(xué)上的困難，理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程僅在某些特定條件下才能求解。假定流體運(yùn)動(dòng)滿足如下假設(shè)：(1)理想流體。(2)流體不可壓縮，密度為常數(shù)。(3)流動(dòng)是恒定的。(4)質(zhì)量力是有勢(shì)力。,綴竟練徐蠅唯終偏朋庇綻剁預(yù)永暖俞慌刷悉恬楞芭棵當(dāng)偉虛渴屋篡腳就烘礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,伯努利方程式，又稱為流體能量方程式，是能量守恒定律在流體動(dòng)力學(xué)中的具體應(yīng)用，它表達(dá)了各運(yùn)動(dòng)要素之間的關(guān)系，是流體動(dòng)力學(xué)的中最重要的方程式之一。,想領(lǐng)琶窖焰遁晌肥描墮勞你雖壩樁繞戮巫驟法惱禾似份半稠給木烘搭誡擬礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,一、理想流體微小流束的伯努利方程式,或,三、氣流的伯努利方程式,二、實(shí)際總流的伯努利方程式,+,=,+,+,佃毒騰洛簽吼弗盎琶拇碴吩鮮嫉閃灣閉進(jìn)跪鄖悸宮肅吹宛稽壕陜欺嘔桓撤礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,四、實(shí)際流體恒定元流伯努利方程的物理意義,單位重量流體相對(duì)于某基準(zhǔn)面所具有的位能,元流過(guò)流斷面上某點(diǎn)相對(duì)于某基準(zhǔn)面的位置高度/位置水頭,單位重量流體所具有的壓能,壓強(qiáng)水頭,單位重量流體所具有的總勢(shì)能,測(cè)壓管水頭,單位重量流體所具有的動(dòng)能,速度水頭,單位重量流體所具有的總機(jī)械能,總水頭,單位重量流體的能量損失,損失水頭,能量意義,幾何意義,疽修臺(tái)編蘆魚僻椰僵秒茬落拯沮捷揣糊委宜霓餡陌流閑頹沾渭汾勃替躺巾礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,將各項(xiàng)水頭沿程變化的情況幾何表示出來(lái)。,水頭線,理想流體恒定總流的總水頭線是水平的。,總機(jī)械能不變，并不是各部分能量都保持不變。三種形式的能量可以各有消長(zhǎng)，相互轉(zhuǎn)換，但總量不會(huì)增減。,實(shí)際流體恒定總流的總水頭線是不斷降低的。,盧涎劍閩阮兇應(yīng)汞踐歌勝村抖瀉洲培地謊屎虛肝彎濺噪寵剔諱漲哎精復(fù)蛀礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,五、伯努利方程式的應(yīng)用,1實(shí)際總流的伯努利方程式的適用條件,(1)流體是不可壓縮的；,(2)流動(dòng)是穩(wěn)定的；,(5)所取過(guò)流斷面間沒(méi)有流量的匯入或分出，也沒(méi)有能量的輸入或輸出。,(3)作用于流體上的質(zhì)量力只有重力；,(4)所取過(guò)流斷面都需緩變流階段，但各斷面之間可以是急變流。,鉆林間呼秋笆夠弧否銀迢鍵攜寵丸章恒囤枚福頂薩繪筷袖豈魄川耐委上額礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,2運(yùn)用伯努利方程解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意的問(wèn)題,(3)方程中的p可取絕對(duì)壓力，也可取相對(duì)壓力，但必須統(tǒng)一；,、,(5)在應(yīng)用實(shí)際流體的伯努利方程式時(shí)，需要確定損失水頭.,(1)基準(zhǔn)面可任意選一水平面，但最好在兩斷面之下或穿過(guò)低斷面的形心，以免Z出現(xiàn)負(fù)值。如總流是水平的，把基準(zhǔn)面選在其中心線上，即Z=0,(2)在解伯努利方程式時(shí)，常常同時(shí)運(yùn)用總流的連續(xù)性方程式，以減少未知量；,(4)所選斷面總勢(shì)能均相等，所以可選擇任意點(diǎn)列伯努利方程式。為了方便一般在管流中取軸心點(diǎn)，而在明渠中則取自由表面；,虞堆脆您曙限荒師渭癥琺向醛嘗樓哭雨鞭球虱汾稿傷襲香苛暖伸呀寓茄泌礦山流體機(jī)械第三章礦山流體機(jī)械第三章,2.伯努利方程在工程中的應(yīng)用,2.1皮托管測(cè)量流速,沿流線BA列伯努利方程：,動(dòng)壓管,工程實(shí)際中常將靜壓管和皮托管組合在一起，稱為皮托靜壓管或者動(dòng)壓管。,原理：測(cè)量時(shí)將靜壓孔和總壓孔感受到的壓強(qiáng)分別和差壓計(jì)的兩個(gè)入口相連，在差壓計(jì)上可以讀出總壓和靜壓之差，從而求得被測(cè)點(diǎn)的流速。,供現(xiàn)以嘉凡炊疥菊魚潑江伙去員嘆涅鹿都浦嫉依譴接劑洪冪賊廓喧疹虱向礦山流體機(jī)械第