第三章流體運動學與動力學基礎(第8節(jié))課件_第1頁
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第三章流體運動學與動力學基礎◆主要內(nèi)容§3-1研究流體流動的方法§3-2流體運動的基本概念83-3連續(xù)性方程§3-4理想流體運動微分方程及伯諾利方程§3-5實際流體總流的伯努利方程§3-6泵對流體能量的增加§3-7系統(tǒng)與控制體(不講)§3-8穩(wěn)定流的動量方程和動量矩方程§3-8穩(wěn)定流的動量方程和動量矩方程前一節(jié)是從能量的角度研究液流在一定邊界條件下的運動變化規(guī)律。本節(jié)著重從作用力的角度研究液流與固體邊界的相互作用。液流的連續(xù)方程和能量方程,它們在解決實際流體力學問題時極為有用。但工程實踐中往往需要計算運動液體與固體邊壁相互間的作用力。當有些流動的水頭損失以及壓力與切應力分布難以確定時,應用能量方程是無法求解的。為此,需要利用動量方程。該方程將運動液體與固體邊壁相互間的作用力直接同運動液體的動量變化聯(lián)系起來。它的優(yōu)點是不需知道流動范圍內(nèi)部的流動情況,而只需知道其邊界面上的流動狀況。工程中應用動量方程來計算液流與固體邊界作用力的實例很多。例如在彎管處(圖2-40a),管道迫使液流轉變方向,液流對彎管便有一個反作用力,需要正確計算它以作為設計相應的錨固措施的依據(jù)。又如液流通過鋼管的噴嘴時(圖2-40b)噴嘴內(nèi)壁作用著動流體壓力和剪切力,這些作用力就靠接頭處螺栓承受的拉力來平衡。此外,如噴射液流對平板的沖擊力F的計算(圖2-41a)等。上面所提到的幾種作用力的計算問題全是應用動量方程來解決的。固定彎管的鎮(zhèn)墩螺栓接頭(a)圖240在介紹動量方程之前,先看一個實驗,圖2-41a為實驗設備的示意圖。液流從噴嘴射出,垂直沖擊在平板上,沖擊后的液流,在平板上轉了一個90°的方向向四周散開。平板與秤桿相連,由于液流沖擊力F對平板的作用,必須在秤桿的另一端加定的重量G,才能使秤桿平衡。如果改變射流的流量Q時,則平衡的重量G也要改變,說明射流對平板的沖擊力F也改變,而且F和Q成正比。如果把平板換成圖2-41b那種凹面板,射流沖擊到凹面板上以后再射出時,它轉的方向就大于90°。通過量測可以看出,在射流流量Q相同的情況下,作用于凹面板的力大于作用于平板的力嘖嘴R射流砝碼重量平板(a)圖241由此可見,液流對固體邊界面的總作用力和流量以及作用前后流速的變化有關。那么這種關系又有什么數(shù)量上的規(guī)律呢?從力學上作用力等于反作用力的原則,平板對液流的反作用力R應等于液流的作用力F。如果我們把作用在平板上的這股液流作為研究對象,上述關系就是液流受力與它運動狀態(tài)的改

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