第三章流体运动的基本规律.ppt

1、第3章 液体运动的基本理论,主讲老师：柳素霞,学习要点,掌握液体运动的基本概念、分类和特征：恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、流线、总流、过流断面、流量、断面平均流速。 熟练掌握恒定总流的连续性方程、能量方程的应用条件和注意事项，了解它们的物理意义，并能应用它们进行水力计算。 理解水头线、水力坡度与水头损失的概念和关系。,流线：是某瞬间在流场中绘出的曲线，在此曲线上所有各点的流速方向都和该线相切。,一、液体运动的基本概念和分类,1、流线,流线的特性：（1）流线表示各点瞬时流动方向。（2）流线不会发生转折也不能相交；,2. 恒定流与非恒定流 （运动要素是否随时间改变）,恒定流：如果在流场中任何

2、空间点上所有的运动要素都不随时间改变，这种流动称为恒定流。 非恒定流：如果流场中任何空间点上有任何一个运动要素是随时间而变化的，这种流动称为非恒定流。,3. 均匀流与非均匀流,如果流动过程中运动要素不随坐标位置（流程）而变化，这种流动称为均匀流。均匀流的特性：（1）均匀流的流线彼此是平行的直线。（2）均匀流流速沿程不变。（3）均匀流在同一过流断面上各点测压管水头为一常数。,非均匀流分为渐变流和急变流,（1）渐变流流线虽然不是互相平行的直线，但近似于平行直线时的流动称为渐变流。对实际水流，如果其流线之间夹角很小，或流线曲率半径很大，则可将其视为渐变流。（2）急变流若流线之间夹角很大或者流线的曲率

3、半径很小，这种流动称为急变流。,4. 过流断面及其水力要素,1）过流断面面积：垂直于流线簇所取的断面，称为过流断面。过流断面的面积用A表示。,2）湿周：水流在过水断面中与固体边界接触的周界线叫湿周，以表示。,3）水力半径：过水断面面积A与其湿周X的比值称为水力半径，用R表示。,B,H,m,4）流量:单位时间内通过某一过流断面的流体体积称为流量，用Q表示，单位是m3/s。 5）断面平均流速:因为总流过流断面上各点的流速是不等的，所以常用一个平均值来代替各点的实际流速，称该平均值为断面平均流速，用v 表示。,二、恒定总流的连续性方程,V1A1=V2A2,1.恒定总流的连续性方程,V1,V2,在恒定

4、总流中任意两个过水断面所通过的流量相等。过水断面的平均流速与过水断面的面积成反比。,Q1=Q2,1.恒定总流的能量方程,三、恒定总流的能量方程,2.恒定总流的能量方程的适用条件,3.恒定总流能量方程注意问题,1,2,总水头H,录像,1.恒定总流的能量方程,-单位重量液体所具有的位置势能称为位置水头,-单位重量液体所具有的压强势能称为压强水头,-单位重量液体所具有的总势能称为测压管水头,-单位重量液体所具有的动能称为流速水头,-为1、2两断面间的能量损失,1,2,录像,总水头特征：沿流程可升可降。,测压管水头特征：沿流程总是下降的。,2.总水头线与测压管水头线,总水头,测压管水头,总水头特征：沿

5、流程可升可降。,测压管水头特征：沿流程总是下降的。,水力坡度：水力坡度表示单位重量液体在单位长度流程上水头损失。,3.恒定总流的能量方程的适用条件,（1）不可压缩的恒定流。 （2）建立能量方程的两个过水断面都必须是均匀流或渐变流。,录像,真空现象,4.恒定总流能量方程注意问题,a）确定基准面：计算简单。 b）选取过水断面：满足渐变流条件。 c）选取计算点，计算测压管水头（z+p/g）：对于管流，计算点通常取在管轴线上；对明渠水流，计算点取在自由表面上。,典型例题,例1 连接两段不同直径输水管道的减缩管，已知上游管段直径d1=200mm，通过的流量为Q100L/S。求上游管段内的流速v1 。当下

6、游管段直径d2为多少时，能使该管段的流速v2=12.72m/s ？,典型例题,例1 连接两段不同直径输水管道的减缩管，已知上游管段直径d1=200mm，通过的流量为Q100L/S。求上游管段内的流速v1 。当下游管段直径d2为多少时，能使该管段的流速v2=12.72m/s ？,Q=V1A1,分析：,典型例题,例1 连接两段不同直径输水管道的减缩管，已知上游管段直径d1=200mm，通过的流量为Q100L/S。求上游管段内的流速v1 。当下游管段直径d2为多少时，能使该管段的流速v2=12.72m/s ？,解：1）上游管道内平均流速为：,2）下游管段的直径为,连续性方程：,例2：直径d=200m

7、m的管道从水池引水，水池水位恒定不变，若管道内通过的流量Q=100L/s时，水流的总水头损失hw1-2=5m。求水池水面与管道出口断面的高差H?,例2：直径d=200mm的管道从水池引水，水池水位恒定不变，若管道内通过的流量Q=100L/s时，水流的总水头损失hw1-2=5m。求水池水面与管道出口断面的高差H?,分析：,例2：直径d=200mm的管道从水池引水，水池水位恒定不变，若管道内通过的流量Q=100L/s时，水流的总水头损失hw1-2=5m。1）求水池水面与管道出口断面的高差H?,求水头H,练习： 如图一管路，A、B两点的高差z5m，点A处直径dA=25cm，压强pA=80kN/m2，点B处直径dB=50cm，压强pB50kN/m2，断面平均流速VB1.2m/s。判断两断面间水流方向。并