習(xí)題課粘性流體動力學(xué).ppt

1、工程流體力學(xué),粘性流體動力學(xué),流體機械及工程研究所,(習(xí)題課),回顧,1. N-S方程、推導(dǎo) 2. 伯努利積分 3. 緩變斷面、 緩變流動 4. 動能修正因數(shù)、動量修正因數(shù) 5. 動量方程、動量矩方程,水由圖中的噴口流出，d1=125mm，d2=100mm，d3=75mm， h=175mm。不計損失，計算H值和p值。,題目 (1),(1) 列1-1截面至2-2截面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在2-2截面所在的水平面上，,列1-1與2-2截面間U型管的靜力學(xué)方程,簡化上式，并代入伯努利方程，得,解題步驟,列1-1截面至2-2截面間的連續(xù)性方程,將式代入式，整理后得,解題步驟,(2) 列2-2截面至3

2、-3截面間的連續(xù)性方程,則,(3) 列自由液面至3-3截面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在出口管軸線上，得,解題步驟,(4) 列壓力表處至3-3截面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在出口管軸線上，得,所以,解題步驟,題目 (2),圖示有一水電站壓力水管的漸變段，直徑 為1.5米， 為1米，漸變段起點壓強 為 （相對壓強）， 流量qV為 ，若不計水頭損失，求漸變段鎮(zhèn)墩上 所受的軸向推力為多少（不計摩擦力）？,解：求管中流速,求1-1斷面和2-2斷面上動水總壓力以管軸中心線為基準(zhǔn) 面取1、2斷面的能量方程：,（取,解題步驟,總壓力,解題步驟,即軸向推力為 391.715KN，方向與 相反。,取1-1與2-2斷面

3、水體作為控制體，坐標(biāo)方向如圖示。,沿x軸方向取動量方程,（設(shè),解題步驟,直徑為d1700mm的管道在支承水平面上分支為d2500mm的兩支管，A-A截面壓力為70kN/m2，管道中水的體積流量為qV0.6m3/s，兩支管流量相等。(1)不計流動損失，求支墩受水平推力；(2)流動損失為支管速度水頭的5倍，求支墩受水平推力。,題目 (3),解題步驟,(1)由題意知：,(3) 取A-A、B-B和C-C截面間的流體作為控制體，設(shè)支墩對水流的水平反推力為Rx，列動量方程，坐標(biāo)系的方向為u1的方向,(2) 列A-A至B-B及C-C間的伯努利方程,解題步驟,那么，支墩所受的水平推力為,(4) 假若壓頭損失為

4、支管流速壓頭的5倍，則A-A至B-B及C-C間的伯努利方程為,則,解題步驟,(5) 取A-A、B-B和C-C截面間的流體作為控制體，設(shè)支墩對水流的水平反推力為Rx，列動量方程，坐標(biāo)系的方向為u1的方向，,那么，支墩所受的水平推力為,解題步驟,使帶有傾斜光滑平板的小車逆著射流方向以速度u 移動，若射流噴嘴固定不動，射流斷面面積為A ，流速為V ，不計小車與地面的摩擦力，求推動小車所需的功率。,題目 (4),忽略流體的重力，大氣壓處處平衡，也可不考慮取水流為控制體，設(shè)小車作用在流體水平方向上的力為Fx，垂直方向的力為Fy,分別指向x, y軸的負(fù)向和正向，因為是光滑表面故無平行于板面的摩擦力，速度頭

5、無損失，分流的速度均為V，將坐標(biāo)系建立在小車上。于是水流的速度為V+u。,依據(jù)動量定理，在x方向上有,在小車平面方向,解題步驟,又由連續(xù)性，A=A1+A2,得,解題步驟,功率,所以,有一沿鉛垂放置的彎管如圖3所示，彎頭轉(zhuǎn)角為90，起始斷面1-1與終止斷面2-2間的軸線長度L為3.14m，兩斷面中心高差z為2m，已知斷面1-1中心處動水壓強 p1 為117.6KN/m2，兩斷面之間水頭損失為0.1m，管徑d為0.2m。試求當(dāng)管中通過流量qV為0.06m3/s 時，水流對彎頭的作用力。,題目 (5),R,G,Rx,Ry,解題步驟,（2）求斷面2-2中心處動水壓強,解：,（1）求管中流速,以斷面2-

6、2為基準(zhǔn)面，對斷面1-1與2-2寫能量方程,于是,將,代入上式,得,（3）彎頭內(nèi)水重,（4）計算作用于斷面1-1與2-2上動水總壓力,解題步驟,解題步驟,（5）對彎頭內(nèi)水流沿x、y方向分別寫動量方程式,令管壁對水體的反作用力在水平和鉛垂方向的分力為 及 ，沿x方向動量方程為,沿y方向動量方程為,得,得,解題步驟,管壁對水流的總作用力,作用力R與水平軸x的夾角,水流對管壁的作用力與R大小相等，方向相反。,圖示為一安全閥，其閥座直徑d=25mm，當(dāng)閥座處的壓力p=4MPa時，通過油的流量qV=10L/s，油的密度=900kg/m3，此時閥的開度x=5mm。如開啟閥的初始壓力p0=3MPa，閥的彈簧

7、剛度K=20N/mm，忽略流動損失，試確定射流方向角。,題目 (6),P,P1,P0+kx,由qV=10L/s，直徑d=25mm，知：,列1-1，2-2斷面伯努利方程：,解題步驟,取1-1，2-2斷面間為控制體，列x方向動量方程：,解出,圖示為一矩形容器，水由兩管流入，由管流出，管的直徑分別為20cm、20cm和25cm，兩管的流量同為0.2m3/s，管口相對壓力皆為32kN/m2，管出口為大氣壓，傾角為30。三根短管都位于同一水平面上，如容器僅由A點支撐，求xoy平面上作用于A點的力和力矩。,題目 (7),(1) 由連續(xù)性方程，得,(2) 取容器內(nèi)的水體為控制體，建立坐標(biāo)系如圖所示，設(shè)A點所受的力為F，其分量分別為Fx和Fy，對控制體列動量方程，得,解題步驟,解題步驟,(3) 對A點列動量矩方程，得,解題步驟,水流經(jīng)180彎管自噴嘴流出，管徑D100mm，噴嘴直徑d25mm，管道前端測壓表讀數(shù)PM196.5kN/m2，求法蘭盤接頭A處上、下螺栓的受力情況。假定螺栓上下前后共安裝四個，上下螺栓中心距離為175mm，彎管噴嘴和水重為150N，作用位置如圖。,題目 (8),R,G,(1) 列連續(xù)性方程,即,(2) 列A至噴嘴出口間的伯努利方程,解題步驟,將式代入式，得,所以,解題步驟,(3) 設(shè)彎管對流體的反作用