2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：流體力學(xué)的流動

1、流體力學(xué)的流動第一節(jié) 孔口自由出流在容器側(cè)壁或低壁上開一孔口，容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流。如出流到充滿液體的空間，則稱為淹沒出流。 為孔口流速， 為作用水頭，是促使水流的全部能量 為收縮面的面積， 為流量系數(shù)上式為孔口自由出流的孔口流量基本公式，其中具有銳緣的孔口，出流流股與孔口壁接觸僅是一條周線，這種條件的孔口稱為薄壁孔口。若孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又?jǐn)U開，與孔壁接觸形成面而不是線，這種孔口稱為厚壁孔口或管嘴。無論薄璧、厚壁孔口或管嘴，能量損失都發(fā)生在孔與嘴的局部為局部損失，對比管路流動而言，這正是這種流動的特點(diǎn)。第二節(jié) 孔口淹沒出流當(dāng)液體通過孔口出流到另一個充滿液

2、體的空間時稱為淹沒出流。淹沒出流流量公式與自由出流時不同，這里的 中速度不再全部轉(zhuǎn)化為作用水頭，而僅是上下游速度頭之差轉(zhuǎn)化為作用水頭。孔口自由出流與淹沒出流其公式形式完全相同。只需要注意作用水頭中各項(xiàng)，按具體要求帶入。氣體管路中，裝一有薄壁孔口的隔板，稱為孔板，此時通過孔口的出流是淹沒出流。在管路中裝設(shè)如上說孔板，測定孔板前后漸變斷面上的壓差，即可求得管中流量，這種裝置叫做孔板流量計?？装辶髁坑嫷牧髁肯禂?shù)是通過實(shí)驗(yàn)測得的。第三節(jié) 管嘴出流1. 圓柱形外管嘴出流當(dāng)圓孔壁厚等于34倍的管徑時，或者在孔口出外接一段長為34倍管徑的圓管時，此時的出流被稱為圓柱形外管嘴出流，外結(jié)短管稱為管嘴。上式即為管

3、嘴出流流量公式，其中， 為管嘴出流的作用水頭。水流入管嘴時如同孔口出流一樣，流股也發(fā)生收縮，存在著收縮斷面。而后流股漸漸擴(kuò)張，至出口斷面上完全充滿管嘴斷面流出。在收縮面前后流股與管壁分離，中間形成漩渦區(qū)，出現(xiàn)了管嘴的真空現(xiàn)象。由于管嘴出流出現(xiàn)真空現(xiàn)象，促使出流流量增大，這是管嘴出流不同于孔口出流的基本特點(diǎn)。當(dāng)真空值達(dá)到78毫米水柱時，常溫下的水發(fā)生氣化而不斷產(chǎn)生氣泡，破壞連續(xù)流動。同時，空氣在較大的壓差下，沖入真空區(qū)，破壞了真空。氣泡及空氣都使管嘴內(nèi)部液流脫離管內(nèi)壁，不再充滿斷面，于是形成為孔口出流。其次，管嘴長度也有一定極限值。太長阻力大，使流流量減小。太短則流股收縮后來不及擴(kuò)大到整個斷面而

4、成非線性滿流流出。 2. 其它類型的管嘴出流1）流線型管嘴；2）收縮圓錐形管嘴；3）擴(kuò)大圓錐形管嘴3.管嘴更多種類（a）圓柱外伸管嘴；（b）圓柱內(nèi)伸管嘴 ；（c）外伸收縮型管嘴 ；（d）外伸擴(kuò)張型管嘴 ；（e）流線型外伸管嘴 類型特點(diǎn)圓柱外伸管嘴損失較大，流量較大0.50.8210.82圓柱內(nèi)伸管嘴損失大、隱蔽10.7110.71外伸收縮形管嘴損失小、速度大（消防龍頭）0.090.960.980.95外伸擴(kuò)張形管嘴損失大、流速低、壓力大（擴(kuò)壓管）40.4510.45流線形外伸管嘴損失小、動能大、流量大0.040.9810.98應(yīng)用：孔板流量計注意：A孔口面積，也可查表第四節(jié) 簡單管路為了研究流體在管路中的流動規(guī)律，首先討論流體在簡單管路中的流動。所謂簡單管路就是具有相同管徑，相同流量的管段，它是組成各種復(fù)雜管路的基本單元。管道中一部分高出上游供水液面的簡單管路，稱為虹吸管。正因?yàn)楹缥艿囊徊糠指哂谏嫌喂┧好?，必然在虹吸管中存在真空區(qū)段。當(dāng)真空達(dá)到某一限值時，將使溶解在水中的空氣分離出來，隨真空度的加大，空氣量也增加。大量氣體集結(jié)在虹吸管頂部，縮小了