流體力學(xué)的教學(xué)案(上課版)

...wd......wd......wd...江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第1頁授課日期:班級:課題:緒論目的要求:激發(fā)學(xué)習(xí)興趣重點難點:教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:一、流體力學(xué)的研究對象及意義1、流體力學(xué)的任務(wù)：研究流體平衡和運動的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用。2、研究對象：流體〔包括氣體和液體〕。3、力學(xué)中對流體的定義：在靜力平衡時，不能承受剪切力的物質(zhì)就是流體。4、流體的基本特征：易流動性，也是流體與固體的主要區(qū)別，是由它的力學(xué)性質(zhì)決定的。5、易流動性：處于靜止?fàn)顟B(tài)的流體不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也將發(fā)生連續(xù)不斷的變形，直到剪切力消失為止。這也是它便于用管道進(jìn)展輸送，適宜于做供熱、制冷等工作介質(zhì)的主要原因。流體也不能承受拉力，它只能承受壓力。利用蒸汽壓力推動氣輪機(jī)來發(fā)電，利用液壓、氣壓傳動各種機(jī)械等，都是流體抗壓能力和易流動性的應(yīng)用。沒有固定的形狀，取決于約束邊界形狀，不同的邊界必將產(chǎn)生不同的流動。學(xué)習(xí)目的：掌握基本理論、基本方法，為今后的生產(chǎn)和科研服務(wù)，為流體機(jī)械、選礦等后續(xù)課程作必要的理論準(zhǔn)備。第2頁6、應(yīng)用流體力學(xué)是機(jī)械、采礦、選礦、土建工程等專業(yè)的一門主要的技術(shù)根基課。其應(yīng)用十分廣泛，如車輛工程、航天航空、水運、航海、礦井通風(fēng)、機(jī)械工業(yè)中的潤滑、液壓傳動、高層建筑受風(fēng)的作用、污染物在大氣中的擴(kuò)散等、艦船構(gòu)造。5、流體力學(xué)新的分支或穿插學(xué)科，如工程流體力學(xué)、水力學(xué)、流體動力學(xué)、空氣動力學(xué)、計算流體力學(xué)、稀薄氣體力學(xué)、磁流體力學(xué)、生物流體力學(xué)等。6、流體力學(xué)局部主要內(nèi)容是將以水為代表的不可壓縮流體〔簡稱液體〕選作研究對象，介紹表示液體機(jī)械運動規(guī)律和流體流動阻力損失規(guī)律的各種數(shù)學(xué)公式；討論這些公式的形式、意義及適用條件；研究它們在分析和解決工程實際問題中，使用的方法、步驟和本卷須知。泵與風(fēng)機(jī)局部的主要內(nèi)容是結(jié)合火力發(fā)電廠常用的泵與風(fēng)機(jī)，介紹泵與風(fēng)機(jī)的分類構(gòu)造、工作原理和基本性能參數(shù)等基本知識；著重討論泵與風(fēng)機(jī)性能曲線及其變換原理、工作點和調(diào)節(jié)原理等基本理論；研究泵與風(fēng)機(jī)構(gòu)造圖的識讀、性能曲線的分析對比和變換、工作點和調(diào)節(jié)方法確實定以及運行維護(hù)等基本應(yīng)用知識。7、泵與風(fēng)機(jī)在電廠中耗電量很大，各類泵與風(fēng)機(jī)總耗電約占整個廠用電的70％～80％，整個廠用電約占發(fā)電量的12％左右。由此可見，提高泵與風(fēng)機(jī)的效率，降低耗電量，是減少電廠廠用電，提高發(fā)電廠供電能力，降低成本的一個重要途徑。假設(shè)這些泵與風(fēng)機(jī)的效率從80％降到70%，則它們將多消耗7一11.4MW的電量。由此可見，減小流體在系統(tǒng)內(nèi)的流動阻力損失，合理地調(diào)節(jié)運行工況，提高泵與風(fēng)機(jī)的效率，降低耗電量，是減少廠用電、降低發(fā)電成本及提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵之一。8、國產(chǎn)300MW機(jī)組配套的兩臺DG500—240型離心式鍋爐給水泵，驅(qū)動功率每臺為5500kW。而目前大型鍋爐給水泵的驅(qū)動功率已接近6000kW。給水泵的壓力也從超高壓13．7～15．7MPa，亞臨界壓力17．7—20MPa，已開展到超臨界壓力25．6～29．4MPa，近年來，有壓力更高達(dá)50MPa以上的產(chǎn)品。60年代，給水泵轉(zhuǎn)速一般為3000r／min，近年來已提高到7500r／min，泵的單級揚(yáng)程由200m左右增加到1150m以上，如美國660MW機(jī)組配套的給水泵，轉(zhuǎn)速為6500r／min，總揚(yáng)程達(dá)2317m；因而級數(shù)從5級減少到2級，相應(yīng)的軸的長度大大縮短，江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第3頁授課日期:班級:課題:§1－1流體的概念§1－2流體的物理性質(zhì)目的要求:熟悉流體的基本概念、掌握流體的:慣性、壓縮性、膨脹性、重點難點:流體的基本概念、流體的:慣性、壓縮性、膨脹性、教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§1－1流體的概念1、流體〔包括氣體和液體〕。2、力學(xué)中對流體的定義：在靜力平衡時，不能承受剪切力的物質(zhì)就是流體。3、流體的基本特征：易流動性，也是流體與固體的主要區(qū)別，是由它的力學(xué)性質(zhì)決定的。4、易流動性：處于靜止?fàn)顟B(tài)的流體不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也將發(fā)生連續(xù)不斷的變形，直到剪切力消失為止。這也是它便于用管道進(jìn)展輸送，適宜于做供熱、制冷等工作介質(zhì)的主要原因。流體也不能承受拉力，它只能承受壓力。利用蒸汽壓力推動氣輪機(jī)來發(fā)電，利用液壓、氣壓傳動各種機(jī)械等，都是流體抗壓能力和易流動性的應(yīng)用。沒有固定的形狀，取決于約束邊界形狀，不同的邊界必將產(chǎn)生不同的流動?！?－2流體的物理性質(zhì)慣性慣性是物體對抗外力作用而維持其原有運動狀態(tài)的性質(zhì)。慣性的大小取決于物體的質(zhì)量，質(zhì)量↑，慣性↑。舉例：汽車減速。工程中常用體積來表示流體的量的多少，如：煤氣表、水表的示數(shù)都是體積。單位體積流體的質(zhì)量——流體的密度，用來表示。對于均質(zhì)流體〔kg/m〕第4頁對于均質(zhì)流體，其重度〔Formula〕為〔N/m〕在地球重力場的條件下，流體的密度和重度的關(guān)系為常溫下水的密度和重度一般采用：kg/m，9800N/m。注意：密度和重度的本質(zhì)區(qū)別。壓縮性和膨脹性壓縮性當(dāng)作用在流體上的壓力↑時，流體的體積↓，密度↑，——流體的壓縮性。流體可壓縮性的大小通常用體積壓縮系數(shù)表示。在實際工程中，一般認(rèn)為：液體是不可壓縮的；氣體，當(dāng)壓力和溫度在整個流動過程中變化很小時〔如通風(fēng)系統(tǒng)〕，可按不可壓縮流體處理。如礦井通風(fēng)系統(tǒng)。如研究液體的振動、沖擊時，則要考慮液體的壓縮性。膨脹性當(dāng)溫度↑時，體積↑——流體的膨脹性。大小用體積膨脹系數(shù)表示。在工程上：=1\*GB3①液體的很小，一般不考慮其膨脹性；=2\*GB3②氣體的很大，當(dāng)壓力和溫度變化時，密度或重度明顯改變，其間的關(guān)系，可用理想氣體狀態(tài)方程式來描述。及必須考慮膨脹性。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第5頁授課日期:班級:課題:§1－2流體的物理性質(zhì)目的要求:掌握流體的粘滯性的特性.重點難點:流體的粘滯性的特性.教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§1－2流體的物理性質(zhì)三、粘性粘性——流體阻止發(fā)生剪切變形的一種特性。粘性是流體的固有屬性。當(dāng)流體運動時，流體內(nèi)部各質(zhì)點間或流體層間會因相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力〔剪切力〕以抵抗其相對運動，流體的這種性質(zhì)稱為粘性。此內(nèi)摩擦力稱為粘滯力〔粘性切應(yīng)力〕。牛頓內(nèi)摩擦定律圖1.2.1為平行平板實驗的示意圖。假定在兩板之間流體是分層運動，沒有不規(guī)則的流體運動及脈動參加其中，則由下板到上板之間有許多流體層。各層流體由于質(zhì)點間的內(nèi)摩擦力作用，其速度沿方向的變化規(guī)律如圖1.2.1所示。設(shè)：——各流體層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，大量實驗證明，內(nèi)摩擦力與接觸面積、相對速度差成正比，而與垂直距離成反比，即。假設(shè)乘以比例系數(shù)，則有第6頁式稱為牛頓內(nèi)摩擦定律或粘性定律?！獑挝幻娣e上的內(nèi)摩擦力或切應(yīng)力，N/m；——流體層的接觸面積，m；——速度梯度，即速度在垂直于該速度方向上的變化率，s；——與流體性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)，稱為動力粘性系數(shù)，或稱動力粘度牛頓流體：符合牛頓內(nèi)摩擦定律。如水、酒精、汽油和一般氣體等分子構(gòu)造簡單的流體都是牛頓流體。非牛頓流體：不符合牛頓內(nèi)摩擦定律。如泥漿、有機(jī)膠體、油漆、高分子溶液等。2、粘性系數(shù)：〔1〕、動力粘性系數(shù)：反響流體的粘性值由實驗測定。值表示速度梯度等于1時的接觸面上的切應(yīng)力。動力粘性系數(shù)國際單位為Pas〔Ns/m〕，物理單位為泊〔P或dns/cm〕。它們的換算關(guān)系為1Ns/m=10dns/cm=10P〔2〕、運動粘性系數(shù)或運動粘度：的單位及各種單位之間的見換算關(guān)系。液壓油的牌號多用運動粘性系數(shù)表示。一種機(jī)械油的號數(shù)就是以這種油在50°C時的運動粘性系數(shù)平均值標(biāo)注的，號數(shù)越大，粘性就越大。例如30號機(jī)械油，就是指這種油在50°C時的運動粘性系數(shù)平均值為3010m/s?！?〕、溫度、壓力對粘性系數(shù)的影響液體：溫度↑，粘性↓；氣體：溫度↑，粘性↑。液體、氣體：壓力↑，粘性↑?！?〕、理想流體與實際流體自然界中存在的流體都具有粘性——粘性流體或?qū)嶋H流體。理想流體：是一種假想的無粘性的流體，=0。流體力學(xué)的研究方法：將實際流體假想為理想流體，找出它的運動規(guī)律后，再考慮粘性的影響，修正后再用于實際流體。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第7頁授課日期:班級:課題:§1－3流體的外表性質(zhì)、§1－4連續(xù)性假定目的要求:熟悉流體的外表性及質(zhì)連續(xù)性假定重點難點:教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§1－3流體的外表性質(zhì)外表張力和毛細(xì)管現(xiàn)象〔自學(xué)〕要點：=1\*GB3①外表張力是若何產(chǎn)生的，大小與什么有關(guān)，若何表示=2\*GB3②何謂毛細(xì)管現(xiàn)象§1－4連續(xù)性假定一、流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體微團(tuán)——是使流體具有宏觀特性的允許的最小體積。這樣的微團(tuán)，稱為流體質(zhì)點。流體微團(tuán)：宏觀上足夠大，微觀上足夠小。流體的連續(xù)介質(zhì)模型為：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成，每一空間點都被確定的流體質(zhì)點所占據(jù)，其中沒有間隙，流體的任一物理量可以表達(dá)成空間坐標(biāo)及時間的連續(xù)函數(shù)，而且是單值連續(xù)可微函數(shù)。二、過水?dāng)嗝嫔纤σ氐?頁過水?dāng)嗝嫔嫌绊懥鲃幼枇Φ囊蛩赜袃蓚€：一是過水?dāng)嗝娴拿娣e；二是過水?dāng)嗝娴臐駶欀荛L——濕周。分析兩種情況：1、一樣的流體經(jīng)過相等而不等的兩個過水?dāng)嗝妫?、一樣的流體經(jīng)過相等而不等的兩個過水?dāng)嗝?。結(jié)論：流動阻力與過水?dāng)嗝婷娣e的大小成反比，而與濕周的大小成正比。為了描述過水?dāng)嗝媾c流動阻力的關(guān)系，引入水力半徑的概念。注意：水力半徑與一般圓截面的半徑是完全不同的概念。三、過水?dāng)嗝妗⒘髁考皵嗝嫫骄魉?、過水?dāng)嗝媾c微小流束或總流中各條流線相垂直的橫斷面，稱為此微小流束或總流的過水?dāng)嗝?又稱有效斷面)，過水?dāng)嗝妗矫婊蚯妫?、流量流量可分為體積流量qv〔m/s〕和質(zhì)量流量M〔kg/s〕兩類?？偭鞯牧髁康扔谕贿^水?dāng)嗝嫔纤形⑿×魇牧髁恐汀?、斷面平均流速根據(jù)流量相等原則確定的均勻速度c——斷面平均流速〔假想的流速〕，其實質(zhì)是同一過水?dāng)嗝嫔细鼽c流速對A的算術(shù)平均值。工程上常說的管道中流體的流速即是?！部蛇M(jìn)而理解：就是體積流量被過水?dāng)嗝婷娣e除得的商?！砪=qv/A江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第9頁授課日期:班級:課題:§2－1作用在流體上的力、§2－1靜壓力的概念和表示方式目的要求:理解作用在流體上的力、掌握靜壓力的概念和表示方式重點難點:作用在流體上的力、靜壓力的概念和表示方式教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§2－1作用在流體上的力1、質(zhì)量力質(zhì)量力〔〕：質(zhì)量↑，↑——長程力。質(zhì)量力包括重力和慣性力。在流體力學(xué)中，常用單位質(zhì)量力來衡量質(zhì)量力的大小。、、分別代表單位質(zhì)量力在直角坐標(biāo)軸、、方向的分量，則單位與加速度的單位一樣，均是m/s。2、外表力：外表力——近程力。外表切向力〔為摩擦力〕：→切應(yīng)力或摩擦應(yīng)力外表法向力〔壓力〕。；→壓應(yīng)力簡稱為壓強(qiáng)。由流體粘性所引起的內(nèi)摩擦力是外表切向力，平衡流體或理想流體，不存在外表切向力，只有外表法向力?！?－1靜壓力的概念和表示方式一、流體靜壓強(qiáng)如圖2.2.1，在均質(zhì)的靜止流體中任取一別離體，將此別離體用一平面切成Ⅰ、Ⅱ兩局部,并取走Ⅰ局部。去掉后，要保持Ⅱ局部的平衡，在面上必須加上原來Ⅰ局部流體對Ⅱ局部的作用力。第10頁設(shè)作用在m點周圍微小面積上的合力為，根據(jù)壓強(qiáng)的定義，其平均壓強(qiáng)為〔N/m〕當(dāng)面積無限縮小到點時:則得〔N/m或〕靜止液體中的別離體——外部流體作用在流體內(nèi)部點上而產(chǎn)生的壓力，稱流體靜壓力。流體靜壓強(qiáng)——作用在單位面積上的力。壓強(qiáng)的存在：舉生活中的實例二、流體靜壓強(qiáng)的特性流體靜壓強(qiáng)有兩個重要特性：流體靜壓強(qiáng)的方向必然重合于受力面的內(nèi)法線方向。(2)平衡流體中任意點的靜壓強(qiáng)值只能由該點的坐標(biāo)位置來決定，而與該壓強(qiáng)的作用方向無關(guān)。即：平衡流體中各點的壓強(qiáng)只是位置坐標(biāo)()的連續(xù)函數(shù),與作用方向無關(guān)。證明略三、絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)和真空度壓強(qiáng)值的大小，從不同基準(zhǔn)計算就有不同的表達(dá)方法。(1)絕對壓強(qiáng)——以設(shè)想沒有大氣存在的絕對真空狀態(tài)作為零點〔起量點〕計量的壓強(qiáng)，它表示該點壓強(qiáng)的全部值(2)相對壓強(qiáng)——以當(dāng)時當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)作為零點計量的壓強(qiáng)，也稱為表壓強(qiáng)。(3)真空度真空度是該點絕對壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的數(shù)值。因為所以圖：絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)和真空度的關(guān)系可見，有真空存在的點，相對壓強(qiáng)為負(fù)值，真空度為正值。因而真空有時也稱為負(fù)壓。液體自由液面上能否完全真空真空原理在日常生活中的應(yīng)用：滴管抽取液體、深井抽水等。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第11頁授課日期:班級:課題:§2－3流體的平衡微分方程、等壓面§2－4流體靜力學(xué)基本方程目的要求:了解流體的平衡微分方程、掌握等壓面、流體靜力學(xué)基本方程重點難點:流體的平衡微分方程、等壓面、流體靜力學(xué)基本方程教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§2－3流體的平衡微分方程、等壓面一、流體平衡微分方程在平衡流體中取六面體流體微團(tuán)，如圖示。該微團(tuán)在質(zhì)量力和外表力的作用下處于平衡狀態(tài)。-0〔〕同理，沿軸得-=0〔〕沿軸得-=0〔〕——歐拉平衡微分方程式〔1755〕。說明了單位質(zhì)量流體所承受的質(zhì)量力和外表力沿各軸的平衡關(guān)系，平衡流體微團(tuán)的質(zhì)量力與外表力無論在任何方向上都應(yīng)保持平衡，即質(zhì)量力與該方向上外表力的合力應(yīng)該大小相等，方向相反。二、等壓面在平衡流體中，壓強(qiáng)相等的各點所組成的面稱為等壓面。舉生活中實例特征：〔1〕等壓面為等勢面?！?〕等壓面是一個垂直于質(zhì)量力的面。第12頁§2－4流體靜力學(xué)基本方程一、靜止液體中壓強(qiáng)分布規(guī)律如圖示。單位質(zhì)量力在各軸上的投影為代入式或積分得〔常數(shù)〕——靜止液體中壓強(qiáng)的分布規(guī)律，稱流體靜力學(xué)基本方程圖：重力平衡液體對靜止流體中1、2兩點，可寫成如下形式當(dāng)時，則，即等壓面為水平面。當(dāng)>時，則>，即位置較低點處的壓強(qiáng)恒大于位置較高點處的壓強(qiáng)。當(dāng)任一點的壓強(qiáng)及其位置標(biāo)高時,便可求得液體內(nèi)其它點的壓強(qiáng)。二、靜止液體中的壓強(qiáng)計算積分常數(shù)，因此式中表示液體質(zhì)點在自由外表以下的深度，假設(shè)用表示，上式可寫成——為靜止液體中的壓強(qiáng)計算公式。該式說明：任意位置處，h↑、p↑意義：靜止流體中任一點c處的壓強(qiáng)p等于外表壓強(qiáng)與液柱重量之和：三、流體靜力學(xué)基本方程的幾何意義與能量意義(1)幾何意義、、、——位置水頭。、——壓強(qiáng)水頭——比壓能，——比勢能(2)能量意義：——比位能，江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第13頁授課日期:班級:課題:§2－5流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用目的要求:掌握流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用重點難點:流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用、利用液柱高度來測量液體中靜壓強(qiáng)教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§2－5流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用〔1〕測壓管：直接用同樣液體的液柱高度來測量液體中靜壓強(qiáng)的儀器。構(gòu)造：測壓原理：——被測點相對壓強(qiáng)；——測壓管內(nèi)液柱高度。優(yōu)點：準(zhǔn)確直觀。構(gòu)造：圖：測壓管圖：真空計測壓原理：見黑板上公式測壓范圍：測微壓〔2〕U形測壓管構(gòu)造：測壓原理：〔液體〕〔氣體〕測壓范圍：測微壓如果測點上的壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)，則用U型真空計。測壓原理：優(yōu)點：可用較短的測管來測定較大的壓強(qiáng)或真空度。圖U形測壓管測壓范圍：小于3個大氣壓。第14頁延伸：多支U形管測壓計——幾個U形管的組合物構(gòu)造：測壓原理：如果容器中是氣體，U形管上部接頭處充滿氣體，則如果容器中裝的是水，U形管上部接頭處也充滿水，則〔4〕差壓計構(gòu)造：圖：多支U形管測壓計測壓原理：〔5〕金屬壓力表用于測定較大的壓強(qiáng)。圖金屬壓力表圖：差壓計優(yōu)點：攜帶方便、裝置簡單、安裝容易、測讀方便、經(jīng)久耐用等優(yōu)點，是測量壓強(qiáng)的主要儀器。常用的是一種彈簧測壓計。構(gòu)造：見實物。原理：其內(nèi)裝有一端開口，一端封閉端面為橢圓形的鐮刀形黃銅管，開口端與被測定壓強(qiáng)的液體連通，測壓時，由于壓強(qiáng)的作用，黃銅管隨著壓強(qiáng)的增加而發(fā)生伸展，從而帶動扇形齒輪使指針偏轉(zhuǎn)，把液體的相對壓強(qiáng)值在表盤上顯示出來。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第15頁授課日期:班級:課題:§2－6流體的相對平衡、§2－7靜止液體作用在壁面上的總壓力目的要求:了解流體的相對平衡、掌握靜止液體作用在壁面上的總壓力的計算重點難點:流體的相對平衡概念、靜止液體作用在壁面上的總壓力的計算方法教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§2－6流體的相對平衡把容器中液體作為一個整體，它對地球有相對運動，但各液體質(zhì)點彼此之間及液體與容器之間無相對運動，稱這種狀態(tài)為液體的相對平衡狀態(tài)。一、等加速直線運動中液體的相對平衡其與軸方向的斜角大小為當(dāng)斜面角度等于時，即可得出容器水平、鉛直向上或鉛直向下勻加速直線運動的特例。二、繞直軸等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對平衡液體內(nèi)各點靜壓強(qiáng)分布為邊緣點處流體靜壓強(qiáng)最高。角速度越大，則邊緣處流體靜壓強(qiáng)越大?！?－7靜止液體作用在壁面上的總壓力一、作用在平面壁上的總壓力1、方向：平面壁上所受液體靜壓強(qiáng)的總和，第16頁2、總壓力大?。菏街小軌好娣e的形心在自由液面以下的深度。靜止液體作用在任意形狀平面壁上的總壓力為受壓面積與其形心處液體的靜壓強(qiáng)的乘積。也可理解為一假想體積的液重，即以受壓面積為底，其形心處深度為高的這樣一個體積所包圍的液體重量。它的作用方向為受壓面的內(nèi)法線方向。3、總壓力的作用點：又稱壓力中心，用來表示。式中——受壓面積對形心軸〔即通過點且平行軸〕的慣性矩。作用在曲面壁上的總壓力“實壓力體〞或“正壓力體〞：液體和壓力體位于曲面同側(cè)，方向向下?！疤搲毫w〞或“負(fù)壓力體〞：液體和壓力體位于曲面異側(cè)，方向向上。〔1〕總壓力的垂直分力為的方向取決于液體及壓力體與受壓曲面之間的相互位置，見掛圖?！?〕總壓力的水平分力為——投影面積的形心在水面下的深度?！?〕總壓力a)液體作用在曲面上的總壓力為b)總壓力的傾斜角為c)總壓力的作用點：做出及的作用線，得交點，過此交點，按傾斜角作總壓力的作用線，與曲面壁相交的點，即為總壓力的作用點。例如以以下圖的貯水容器，其壁面上有三個半球形的蓋。設(shè)m,m,m。試求作用在每個球蓋上的液體總壓力。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第17頁授課日期:班級:課題:§3－1研究流體運動的方法、§3－2流線與跡線目的要求:了解研究流體運動的方法、掌握流線與跡線的概念重點難點:研究流體運動的方法、流線與跡線的概念教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－1研究流體運動的方法研究流體運動的兩種方法：拉格朗日法和歐拉法?！?〕拉格朗日法〔“跟蹤〞的方法〕拉格朗日法是將流場中每一流體質(zhì)點作為研究對象，質(zhì)點的運動要素是初始點坐標(biāo)和時間的函數(shù)。用于研究流體的波動和震蕩等〔2〕歐拉法〔“站崗〞的方法〕歐拉法是以流場中每一空間位置作為研究對象，而不是跟隨個別質(zhì)點。其要點：分析流動空間某固定位置處，流體運動要素隨時間的變化規(guī)律；分析流體由某一空間位置運動到另一空間位置時，運動要素隨位置的變化規(guī)律。表征流體運動特征的速度、加速度、壓強(qiáng)、密度等物理量均是時間和空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。在研究工程流體力學(xué)時主要采用歐拉法?！?－2流線與跡線一、定常流動和非定常流動定常流動：在流場中，流體質(zhì)點的一切運動要素都不隨時間改變而只是坐標(biāo)的函數(shù)，這種流動為定常流動。流體運動與時間無關(guān)。非定常流動：運動要素是時間和坐標(biāo)的函數(shù)第18頁二、流線流線就是在流場中某一瞬間作出的一條空間曲線，使這一瞬間在該曲線上各點的流體質(zhì)點所具有的速度方向與曲線在該點和切線方向重合。如圖中曲線CD所示，流線僅僅表示了某一瞬時，許多處在這一流線上的流體質(zhì)點的運動情況。特性：流線不能相交，也不能折轉(zhuǎn)。在定常流動流線不變，且所有處于流線上的質(zhì)點只能沿流線運動。三、跡線——流場中，流體質(zhì)點在某一段時間間隔內(nèi)的運動軌跡。如圖示曲線AB就是質(zhì)點M的跡線。二者區(qū)別：流線是某一瞬時處在流線上的無數(shù)流體質(zhì)點的運動情況；而跡線則是一個質(zhì)點在一段時間內(nèi)運動的軌跡?！差惐龋翰ê驼駝訄D象〕在定常流動中，流線形狀不隨時間改變，流線與跡線重合。在非定常流動中，流線的形狀隨時間而改變，流線與跡線不重合。四、流管、流束與總流1、流管：在流場中畫一封閉曲線(不是流線)，它所包圍的面積很小，經(jīng)過該封閉曲線上的各點作流線，由這無數(shù)多流線所圍成的管狀外表，稱為流管。2、流束：充滿在流管中的全部流體，稱為流束。斷面為無窮小的流束——微小流束。微小流束的斷面面積→0時，微小流束變?yōu)榱骶€。3、總流：無數(shù)微小流束的總和稱為總流。水管中水流的總體，風(fēng)管中氣流的總體均為總流?？偭魉闹苋勘还腆w邊界限制，有壓流。如自來水管、礦井排水管、液壓管道。按周界性質(zhì)：總流周界一局部為固體限制，一局部與氣體接觸——無壓流。如河流、明渠?？偭魉闹懿慌c固體接觸——射流。如孔口、管嘴出流五、過水?dāng)嗝?、流量及斷面平均流?、過水?dāng)嗝妫号c微小流束或總流中各條流線相垂直的橫斷面，稱為此微小流束或總流的過水?dāng)嗝?又稱有效斷面)，。過水?dāng)嗝妗矫婊蚯妫?、流量：流量可分為體積流量〔m/s〕和質(zhì)量流量M〔kg/s〕兩類3、斷面平均流速：根據(jù)流量相等原則確定的均勻速度v——斷面平均流速〔假想的流速〕，工程上常說的管道中流體的流速即是?！部蛇M(jìn)而理解：就是體積流量被過水?dāng)嗝婷娣e除得的商?！辰麟娏紟煂W(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第19頁授課日期:班級:課題:§3－5流體流動的連續(xù)性方程目的要求:掌握流體流動的連續(xù)性方程及應(yīng)用重點難點:流體流動的連續(xù)性方程及應(yīng)用教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－5流體流動的連續(xù)性方程根據(jù)流體運動時應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律，對不可壓縮流體，由于為常數(shù)，其定常流動和非定常流動的連續(xù)性方程為1．微小流束的連續(xù)性方程-由于流體做定常流動，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律得=對不可壓縮流體的定常流動，1=2=——不可壓縮流體微小流束定常流動的連續(xù)性方程。其物理意義是：在同一時間間隔內(nèi)流過微小流束上任一過水?dāng)嗝娴牧髁烤嗟?。或者說，在任一流束段內(nèi)的流體體積(或質(zhì)量)都保持不變。第20頁2、總流的連續(xù)性方程將微小流束連續(xù)性方程兩邊對相應(yīng)的過水?dāng)嗝鍭1及A2進(jìn)展積分可得上式整理后可寫成——總流的連續(xù)性方程，它說明可壓縮流體做定常流動時，總流的質(zhì)量流量保持不變。對不可壓縮流體，為常數(shù)，則，——不可壓縮流體定常流動總流連續(xù)性方程，其物理意義是：不可壓縮流體做定常流動時，總流的體積流量保持不變；各過水?dāng)嗝嫫骄魉倥c過水?dāng)嗝婷娣e成反比，即過水?dāng)嗝婷娣e↑處，流速↓；而過水?dāng)嗝婷娣e處↓，流速↑。選礦工業(yè)的中心傳動濃密機(jī)、傾斜濃密箱、采礦用的水槍噴嘴及救火用的水龍噴嘴均是應(yīng)用這一原理制成的。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第21頁授課日期:班級:課題:§3－6流體流動的伯努利方程〔一〕目的要求:掌握流體流動的伯努利方程及物理意義重點難點:流體流動的伯努利方程及物理意義教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－6流體流動的伯努利方程一、理想流體微小流束的伯利努方程伯努利方程：表示流體運動所具有的能量以及各種能量之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律。質(zhì)量力只有重力：此時則積分得代入上式，對單位重量流體而言，可得到對于同一流線上的任意兩點1、2，有=常數(shù)——理想流體微小流束的伯努利方程，遵循能量守衡與轉(zhuǎn)換定律。當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，u=0。則所以，流體靜力學(xué)基本方程是伯努利方程的一個特例。另外，理想流體微小流束的伯努利方程還可簡單地利用理論力學(xué)或物理學(xué)中的動能定理推導(dǎo)得出。第22頁二、物理意義〔能量意義〕與靜力學(xué)基本方程對照講理想流體微小流束伯努利方程中的三項分別表示單位重量流體的三種不同形式的能量。Z——比位能；——比壓能；——比動能；——比勢能；——總比能。由伯努利方程可知：單位重量的理想流體沿流線運動時，其攜帶的總能量在所流經(jīng)的路程上任意位置時總是保持不變的，但其位勢能、壓力勢能和動能是可以相互轉(zhuǎn)化的。三、幾何意義z——位置水頭；曲線AB——位置水頭線；——壓強(qiáng)水頭；曲線CD——測壓管水頭線?！俣人^。直線EF——總水頭線。理想流體伯努利方程式的幾何意義——理想流體沿流線運動時，其位置水頭、壓強(qiáng)水頭、速度水頭可能有變化或三個水頭之間相互轉(zhuǎn)化，但其各水頭圖理想流體伯努利方程的幾何意義之和總是保持不變，即理想流體各過水?dāng)嗝嫔系目偹^永遠(yuǎn)是相等的。如果用H表示各項水頭之和，即總水頭，則伯努利方程寫為H=常數(shù)或江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第23頁授課日期:班級:課題:§3－6流體流動的伯努利方程〔二〕目的要求:掌握實際流體的伯努利方程及其工程應(yīng)用重點難點:實際流體的伯努利方程及其工程應(yīng)用教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－6流體流動的伯努利方程實際流體微小流束的伯努利方程：假定：流體是不可壓縮的實際流體，并且作定常流動，其中任一微小流束的伯努利方程為：〔設(shè)為單位重量流體從斷面1—1流動到斷面2—2所損耗的機(jī)械能，即能量損失，稱水頭損失?！场獙嶋H流體微小流束的伯努利方程。實際流體的總水頭線沿著流體的流動路程是一條下降的曲線。而不象理想流體水頭線是一條水平線。2、實際流體總流的伯努利方程：急變流——流線的曲率半徑r很小，流線之間的夾角β很大的流動。緩變流——流線的曲率半r無限大，流線之間的夾角β無限小，即流線接近于平行直線流動。在緩變流段中，過水?dāng)嗝嫔蠅簭?qiáng)的分布遵循重力場中流體靜力學(xué)規(guī)律，即〔證明略〕所以，應(yīng)將伯努利方程中的過水?dāng)嗝嫒≡诰徸兞鞫沃小５?4頁總流的伯努利方程為α取決于u在A上的分布。一般大于1，如果流速分布較均勻時。在圓管層流動動中。工程實際中的紊流運動常取?？偭鞑匠痰南拗茥l件：a流體為不可壓縮的實際流體；b流體的運動為定常流動；c流體所受質(zhì)量力只有重力；d所選取的兩過水?dāng)嗝姹仨毺幵诰徸兞鞫沃?；e總流的流量沿程不變；g除了外，總流沒有能量的輸入或輸出。使用伯努利方程時的本卷須知：a方程中、的基準(zhǔn)面可任選，但必須選擇同一基準(zhǔn)面，一般使;b、必須取在緩變流段中，在、之間是否為緩變流，則無關(guān)系；c方程中的壓強(qiáng)和，即可用絕對壓強(qiáng)，也可用相對壓強(qiáng)，但等式兩邊的標(biāo)準(zhǔn)必須一致；d當(dāng)時，方程變?yōu)槔硐肓黧w總流的伯努利方程。當(dāng)在兩個過水?dāng)嗝嬷g通過泵、風(fēng)機(jī)或水輪機(jī)等流體機(jī)械，有機(jī)械能的輸入或輸出時，伯努利方程變?yōu)槔}：由一高位水池引出一條供水管路AB，如以以下圖。：流量Q＝0.034m3/s；管路直徑D＝0.15m；壓力表讀數(shù)Pb＝4.9×104N/m2；高度H＝20m，試計算水流在管路AB段的水頭損失。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第25頁授課日期:班級:課題:§3－7流體的動量方程目的要求:理解流體的動量方程及其工程應(yīng)用重點難點:流體的動量方程及其工程應(yīng)用教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－7流體的動量方程討論運動流體與固體邊界面上的相互作用力，例如：流體在彎曲管道內(nèi)流動，彎管的受力情況；水力采礦時，高壓水槍射流對水槍、對礦床的作用力；火箭飛行過程中，從火箭尾部噴射出的高溫高壓氣體對火箭的反推力等等。這類問題，需應(yīng)用運動流體的動量方程來分析。一、動量方程從物理學(xué)知，運動物體的動量為根據(jù)質(zhì)點系動量定理：用符號表示動量，即，則——流體作定常流動時的動量方程。式中、——動量修正系數(shù)，其實驗值為1.02~1.05，工程計算上?。剑?。整理可得——理想流體定常流動總流的動量方程。其物理意義是：作用在所研究的流體上的外力矢量和等于單位時間內(nèi)流出與流入的動量之差。其分量式為：第26頁二、動量方程的應(yīng)用〔1〕流體作用于彎管上的力圖示彎管，沿x軸、y軸的動量方程為則的方向為射流作用在固定平面上的沖擊力圖示固定平板與水平面成θ角，流體從噴嘴射出，射流的動量為x軸方向的動量方程為即射流對平板的沖擊力=-當(dāng)θ＝900時射流的反推力：火箭飛行的基本動力是火箭內(nèi)部的燃料發(fā)生爆炸性燃燒，產(chǎn)生大量高溫高壓的氣體，從尾部噴出形成射流，射流對火箭有一反推力，使火箭向前運動流體動量對時間的變化率為則射流給容器的反推力如果容器與底面間無摩擦，可沿x軸自由運動，那么容器在反推力的作用下，將沿與射流相反的方向運動，這就是射流的反推力?；鸺?、噴氣式飛機(jī)、噴水船等都是借助這種反推力而工作的。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第27頁授課日期:班級:課題:§3－7流體的動量矩方程目的要求:理解流體的動量矩方程及其工程應(yīng)用重點難點:流體的動量矩方程及其工程應(yīng)用教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§3－7流體的動量矩方程要確定運動流體對固體邊界面或某點的力矩時用動量矩方程。例如離心式水泵、風(fēng)機(jī)、汽渦輪機(jī)及水輪機(jī)等流體機(jī)械，其葉輪流道中的流體，由于隨葉輪轉(zhuǎn)動，所以流體對轉(zhuǎn)軸的力矩必須用動量矩方程解決。其中為轉(zhuǎn)動中心到物體的距離。并且力矩等于該物體對同一轉(zhuǎn)動中心或轉(zhuǎn)軸的動量矩對時間的變化率即——動量矩定理?？偭鞯膭恿烤胤匠踢@就是說，外界作用在流體系統(tǒng)上的力對某一點的力矩矢量和，等于單位時間內(nèi)從控制面流出的動量矩與流入的動量矩之差。動量矩方程的一個最重要的應(yīng)用：導(dǎo)出葉片式流體機(jī)械〔泵、通風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)、及渦輪機(jī)等〕的基本方程?，F(xiàn)以離心式水泵或風(fēng)機(jī)為例進(jìn)展推導(dǎo)。圖示流體從葉輪的內(nèi)邊緣流入，經(jīng)葉片流道從外緣流出。第28頁則單位重量流體獲得的能量為如用、表示進(jìn)出口處流體質(zhì)點的切向速度，，，則這就是離心水泵與風(fēng)機(jī)等渦輪機(jī)械的基本方程，它首先是歐拉在1754年得到的，因此也稱歐拉方程。如果流體從葉輪外緣流入內(nèi)緣流出，則其基本方程為或思考題：總流的動量方程為，試問：〔1〕中包括那些力〔2〕在水平面坐標(biāo)中和在鉛垂面坐標(biāo)中，是否相等〔3〕如果由總流動量方程求得的力為負(fù)值，說明什么問題江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第29頁授課日期:班級:課題:§4－1流體的層流和紊流、§4－2圓管中層流的運動規(guī)律目的要求:掌握流體的層流和紊流狀態(tài)判別準(zhǔn)則——雷諾數(shù)、圓管中層流的運動規(guī)律重點難點:層流和紊流狀態(tài)判別準(zhǔn)則——雷諾數(shù)、圓管中層流的運動規(guī)律教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§4－1流體流動的兩種狀態(tài)——層流和紊流一、雷諾實驗動畫演示。實驗說明：在不同條件下，流體有層流和紊流兩種運動狀態(tài)，并且形成不同的水頭損失。實驗時如記錄流速，當(dāng)v↗時，層流→紊流，反向進(jìn)展實驗，當(dāng)v↘時，紊流→層流。遠(yuǎn)小于?！吓R界速度，——下臨界速度。水在毛細(xì)管和巖石縫隙中的流動，重油在管道中的流動，多處于層流運動狀態(tài)，而實際工程中，水在管道〔或水渠〕中的流動，空氣在管道中的流動，大多是紊流運動。二、流動狀態(tài)判別準(zhǔn)則——雷諾數(shù)雷諾數(shù)——雷諾根據(jù)大量實驗歸納出的一個無因次綜合量，即==實驗結(jié)果說明，對幾何形狀相似的一切流體其下臨界雷諾數(shù)基本上相等，即=2320；上臨界雷諾數(shù)可達(dá)12000或更大，并且隨實驗環(huán)境、流動起始狀態(tài)的不同而有所不同。當(dāng)Re<時流動為層流；當(dāng)Re>時流動為紊流；當(dāng)<Re<時流動可能是層流，也可能是紊流，處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)。上臨界雷諾數(shù)在工程上無實用意義，通常用判別層流與紊流。實際工程中，圓管內(nèi)流體流動=2000，即，Re<2000為層Re>2000為紊流第30頁三、雷諾相似準(zhǔn)則物理意義在流動現(xiàn)象中起主要作用的是粘性力和慣性力時粘性力，其大小可用表示，代入牛頓相似準(zhǔn)數(shù)得，或其中，Re——雷諾相似準(zhǔn)則根據(jù)式子中的推導(dǎo)過程，雷諾相似準(zhǔn)則就是粘性力與慣性力之比?！?－2圓管中層流的運動規(guī)律一、圓管層流中的速度分布規(guī)律在半徑為處，，由層流牛頓內(nèi)摩擦定律，積分并考慮=時，的邊界條件，可得——斯托克斯公式，它說明：圓管層流過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植紙D形是一個旋轉(zhuǎn)拋物面，最大流速在圓管中心，即=0處，其大小為二、圓管層流中的平均速度：上式說明：圓管層流中平均速度等于管軸處流速的一半三、圓管層流中的沿程損失——圓管層流沿程損失計算公式，稱為達(dá)西公式。式中，稱為沿程阻力系數(shù)，該式說明只與雷諾數(shù)有關(guān)，與其它因素?zé)o關(guān)。例：在長度m,直徑mm的管路中輸送重度為9.31kN/m的重油，其重量流量kN/h，求油溫分別為10°C〔運動粘度為25cm/s〕和40°C(運動粘度為cm/s)時的水頭損失。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第31頁授課日期:班級:課題:§4－3圓管中的紊流運動規(guī)律目的要求:理解圓管中的紊流運動規(guī)律：流的特征、紊流核心與層流邊層重點難點:圓管中的紊流運動規(guī)律：紊流的特征、紊流核心與層流邊層、光滑管和水力粗糙管、運動中的速度分布教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§4－3圓管中的紊流運動規(guī)律一、紊流的特征通過雷諾實驗可知，當(dāng)Re>Recr時，管中紊流流體質(zhì)點是雜亂無章地運動的，不但u瞬息變化，而且，一點上流體p等參數(shù)都存在類似的變化，這種瞬息變化的現(xiàn)象稱脈動。層流破壞以后，在紊流中形成許多大大小小方向不同的旋渦，這些旋渦是造成速度脈動的原因。特征：紊流的u、p等運動要素，在空間、時間上均具有隨機(jī)性質(zhì)，是一種非定常流動紊流運動要素的時均化紊流的分析方法——統(tǒng)計時均法。如以以下圖。觀測時間足夠長，可得出各運動參量對時間的平均值，故稱為時均值，如時均速度、時均壓強(qiáng)二、紊流核心與層流邊層紊流的構(gòu)造由層流邊層、過渡區(qū)及紊流區(qū)三個局部組成。緊貼管壁一層厚度為的流體層作層流運動——層流邊層。層流邊層的厚度，可用如下經(jīng)歷公式計算紊流區(qū)〔紊流核心或流核〕——紊流的主體。過渡區(qū)——紊流核心與層流邊層之間的區(qū)域。第32頁由實驗得知，即使粘性很大的流體〔例如石油〕，其值也只有幾毫米。一般流體，其值通常只有十分之幾毫米。隨著↗，↘。雖然很薄，但是在有些問題中影響很大。例如在計算能量損失時，的厚度越大能量損失越??；但在熱傳導(dǎo)性能上，愈厚，放熱效果愈差。三、光滑管和水力粗糙管外表峰谷之間的平均距離為——管壁的絕對粗糙度。當(dāng)>時，層流邊層完全淹沒了管壁的粗糙凸出局部——“水力光滑管〞。當(dāng)<時，紊流與粗糙峰相接觸而產(chǎn)生新的旋渦——“水力粗糙管〞。也有資料指出：>5時為水力光滑；<0.3時為完全粗糙；<<5四、水頭損失：區(qū)別：層流紊流，是一個只能由實驗確定的系數(shù)。所以，計算紊流的關(guān)鍵是確定。五、運動中的速度分布速度按對數(shù)曲線分布：根據(jù)實測，圓管紊流過水?dāng)嗝嫔?〔〕。而由上節(jié)知道，在圓管層流過水?dāng)嗝嫔?，平均速度為管軸處最大流速的倍。此外，也有學(xué)者認(rèn)為，紊流運動中的速度分布曲線是指數(shù)曲線。江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)校〕教案紙課程：流體力學(xué)第33頁授課日期:班級:課題:§4－4沿程阻力損失的計算§4－5局部阻力損失的計算目的要求:掌握沿程損失和局部損失計算、了解尼古拉茲實驗和莫迪圖的使用重點難點:管路沿程損失和局部損失的計算、尼古拉茲實驗和莫迪圖的使用教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§4－4沿程阻力損失的計算尼古拉茨實驗確定阻力系數(shù)是雷諾數(shù)及相對粗糙度之間的關(guān)系，具體關(guān)系要由實驗確定，最著名的是尼古拉茨于1932～1933年間做的實驗。第Ⅰ區(qū)間—層流區(qū)，<2320(即<3.36)。與的關(guān)系點都集中在直線Ⅰ上,即只與有關(guān)而與無關(guān)，符合。第Ⅱ區(qū)間—層流到紊流的過渡區(qū)，2320<<4000(即3.36<<3.6)。在此區(qū)間內(nèi)，急劇↗，所有實驗點幾乎都集中在Ⅱ線上，該區(qū)無實用意義。第Ⅲ區(qū)間—光滑管紊流區(qū)，4000<<。對某一的管流來說，在一定的Re下，如果，即為水力光滑管，則實驗點就都集中在直線Ⅲ上，說明與仍然無關(guān)，只與Re有關(guān)。↗的管流，其實驗點愈早(即Re愈小的情況下)離開直線Ⅲ。第Ⅳ區(qū)間—水力光滑管到水力粗糙管的過渡區(qū)，<<。在此區(qū)間內(nèi)，隨著↗，各種的管流的↘，以致較大的管流，其早一些時候(即雷諾數(shù)較小時)便與有關(guān)〔即轉(zhuǎn)變?yōu)樗Υ植诠堋?；而較小的管流，其遲些時候(即較大時)才出現(xiàn)這一情況。第34頁第Ⅴ區(qū)間—水力粗糙管區(qū)，>。到達(dá)這一區(qū)間后，每一的管流的實驗點連線，幾乎都是與軸平行的，即λ與無關(guān)。↗，λ↗，∝，稱此區(qū)間為完全粗糙區(qū)或阻力平方區(qū)。二、計算λ的經(jīng)歷或半經(jīng)歷公式三、莫迪圖1940年美國普林斯登大學(xué)的莫迪對天然粗糙管〔指工業(yè)用管〕作了大量實驗，繪制出與及的關(guān)系圖，即著名的莫迪圖，供實際計算使用?！?－5局部阻力損失的計算一、局部損失計算的一般公式通用計算公式為式中——局部阻力系數(shù)，與局部裝置類型有關(guān)；——平均速度，一般應(yīng)取產(chǎn)生局部損失部位以后的緩變流斷面上的流速。在工程實踐中，為了便于計算，常采用當(dāng)量管長的概念。當(dāng)量管長——局部損失相當(dāng)于某一直管段的沿程損失的相當(dāng)長度，用表示，則式可以改為式中——當(dāng)量管長。二、能量損失疊加原則工程實際中的管路，總損失或計算任意一條管路能量損失的基本方程，表達(dá)了能量損失的疊加原則。為減少局部損失，在管路設(shè)計中，就要盡量減少局部裝置。例：輸水管路某處直徑mm，突然擴(kuò)大為mm，假設(shè)通過流量m/h，問經(jīng)過此處損失了多少水頭江西電力技師學(xué)院〔江西機(jī)電學(xué)?！辰贪讣堈n程：流體力學(xué)第35頁授課日期:班級:課題:§4－6管道及管網(wǎng)的水力計算目的要求:掌握管路計算的步驟、方法，為實際所需打下根基；重點難點:掌握長管水力計算及相關(guān)工程問題的計算方法；了解復(fù)雜管路的水力計算教學(xué)方法、教具:講授作業(yè)布置:教案審批:§4－6管道及管網(wǎng)的水力計算一、簡單管路的水力計算簡單管路——均沿程不變。1、基本參數(shù)：、、及的關(guān)系式——管路水力計算的基本公式2、長管水力計算基本公式——蔡西公式〔長管全部作用水頭都用于抑制沿程阻力〕式中——流量模數(shù)；蔡西系數(shù)——①，②式中——水力半徑，公式適用范圍為0.1m≤≤3m；——粗糙系數(shù)，視各種壁面材料的粗糙情況而定；——與及有關(guān)的指數(shù)，即，一般輸水管路，?！?〕流量模數(shù)或特性流量——查表。表中不同、不同，則值不同。2、根據(jù)公式可解決以下三類問題：〔1〕Q、H、l及n時，通過K求d；〔2〕Q、l和d時，求h〔或作用水頭H〕；〔3〕l、d和H時，求Q。第36頁二、復(fù)雜管路的水力計算1、由不同直徑的管段順次聯(lián)接而成的管路——串聯(lián)管路。如城市、工礦企業(yè)的供水管、送風(fēng)系統(tǒng)的干管，都屬這類管路。圖示為一沿程有流量分出的串聯(lián)管路。2、水力計算基本公式任一管段水頭損失h=力計算公式h=H==式中m——管路中管段總數(shù)目?？山鉀Q以下幾個方面的問題：〔1〕H和d、l和q，求Q；〔2〕Q、d、l和q，求H；〔3〕H及、l和n，可求某段管徑〔其它各管段直徑為〕。并聯(lián)管路：兩條或兩條以上的管段在同一節(jié)點分出又在另一節(jié)點集合，如圖。與并聯(lián)電路相似：并聯(lián)電路并聯(lián)段——相等，不等。并聯(lián)管路——相等，Q不等。水力計算基本公式并聯(lián)段水頭損失h=h=h=h===整個管路系統(tǒng)的水頭損失H=h=h+h+h=++應(yīng)用：可解決并聯(lián)管路水力計算的各種問題。注意：并聯(lián)管路各管段的水頭損失相等，只說明通過每一管段的單位重量液體的機(jī)械能損失相等。但流