流体机械实用学习教案

1、会计学1流体机械流体机械(jxi)实用实用第一页，共27页。1.1.* *作用在流体作用在流体(lit)(lit)上的力的分类上的力的分类2.2.表面力表面力: : 作用在流体作用在流体(lit)(lit)表面表面, ,且与作用面的大小成正比的且与作用面的大小成正比的力力3.3.质量力质量力: : 作用于流体作用于流体(lit)(lit)每一质点上每一质点上, ,且与质量成正比的力且与质量成正比的力。4.4.单位质量力单位质量力: : 单位质量流体单位质量流体(lit)(lit)所受到的质量力所受到的质量力5.5. 单位质量力具有加速度的量纲和意义单位质量力具有加速度的量纲和意义 MFJMFJ

2、ZMFJYMFJXzzyyxx,第1页/共27页第二页，共27页。2. 2. 流体的主要物理性质流体的主要物理性质 (1) (1) 惯性惯性 密度密度(md)(md)：单位体积流体所具有的质量：单位体积流体所具有的质量 重度：单位体积流体所具有的重量重度：单位体积流体所具有的重量 比重：物体质量与同体积，比重：物体质量与同体积，4 4 蒸馏水的质量之比值蒸馏水的质量之比值g 6 .13 1/1.2 /10002332HgOHairOHSSmkgmkg第2页/共27页第三页，共27页。 (2) (2) 粘性粘性 * *粘性的定义粘性的定义: : 流体流体(lit)(lit)内部质点间或流层间因相

3、对运内部质点间或流层间因相对运动而产动而产 生内摩擦力，以反抗相对运动的性质。生内摩擦力，以反抗相对运动的性质。 牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律： 粘度：粘性的度量粘度：粘性的度量 动力粘度动力粘度 运动粘度运动粘度 * *粘温特性：随着温度的变化粘温特性：随着温度的变化 ，流体，流体(lit)(lit)粘性的变化规粘性的变化规律律 粘温特性机理粘温特性机理 液体与气体的粘温特性差异液体与气体的粘温特性差异 牛顿流体牛顿流体(lit)(lit)：符合牛顿内摩擦力的流体：符合牛顿内摩擦力的流体(lit)(lit)dydu第3页/共27页第四页，共27页。 (3) (3)压缩性和热胀性压缩性和热胀

4、性 液体的压缩性和热胀性液体的压缩性和热胀性 体积压缩系数：体积压缩系数： 体积弹性模量体积弹性模量 体积膨胀系数：体积膨胀系数： (4) (4)表面张力特性表面张力特性3.3.流体的简化模型流体的简化模型(mxng)(mxng) 连续介质模型连续介质模型(mxng)(mxng) 不可压缩流体模型不可压缩流体模型(mxng)(mxng) * *理想流体模型理想流体模型(mxng)(mxng)作业：作业：1-1, 1-2, 1-51-1, 1-2, 1-5，1-111-11dpVdVpdTVdVt第4页/共27页第五页，共27页。1.1.* *流体静压强的两个基本特性：流体静压强的两个基本特性：

5、 流体静压强的方向是作用面的内法线方向；流体静压强的方向是作用面的内法线方向； 任意点流体静压强的大小与作用面的方位无关任意点流体静压强的大小与作用面的方位无关2.2.* *等压面：在平衡流体中，压强相等的点所组成的面等压面：在平衡流体中，压强相等的点所组成的面 等压面重要特性：等压面与质量力相互垂直等压面重要特性：等压面与质量力相互垂直 连通器中，两种互不相混连通器中，两种互不相混(xin hn)(xin hn)的流体的分界面，的流体的分界面， 即是水平面，又是等压面即是水平面，又是等压面 同种、连续、均质、静止流体中，等压面为水平面同种、连续、均质、静止流体中，等压面为水平面第5页/共27

6、页第六页，共27页。222133212/ 13.205 20 133. 010000745. 09.8 )( o-o ? / 133. 0 / 00745. 0 02 100 / 8 . 9 cmNhhhpppphhcmNcmNcmhcmhcmNphgoilaDccDchgoila等压面方程列解：求：已知：连通器中压强计算补充例hppOHc2 面的压力，则有若想计算左端容器中液另：第6页/共27页第七页，共27页。3.3.* *流体静压强基本方程流体静压强基本方程(fngchng)(fngchng) 静力学基本方程静力学基本方程(fngchng)(fngchng)几何意义和物理意义几何意义和物

7、理意义 几何意义：几何意义： 测压管水头处处相等测压管水头处处相等 物理意义：物理意义： 能量转化与平衡能量转化与平衡hpp0CpZ第7页/共27页第八页，共27页。4.4.* *压强的度量压强的度量 绝对压强：以绝对真空为起点计算的压强值绝对压强：以绝对真空为起点计算的压强值 相对压强：以大气压为起点计算的压强值相对压强：以大气压为起点计算的压强值 真空度：当相对压强为负值时，其值的绝对值真空度：当相对压强为负值时，其值的绝对值5.5.* *压强的三种常用单位压强的三种常用单位 应力单位应力单位 （单位面积上的作用力）（单位面积上的作用力） 大气压单位大气压单位( (大气压的倍数大气压的倍数

8、(bish) (bish) 液柱高单位液柱高单位 ( (压强所对应的液柱高度压强所对应的液柱高度) )22/ 1013251 1 / 11 1 mNatmcmkgfat标准物理大气压工程大气压cmHgOmHhcmHgOmHkgfphatmOHaat 76 10.34980010132573.513.610 109800109.81212412第8页/共27页第九页，共27页。6.6.* *液柱式测压计原理及应用液柱式测压计原理及应用 以等压面为关联条件，应用静力学基本方程以等压面为关联条件，应用静力学基本方程(fngchng)(fngchng) U U形管差压计计算例形管差压计计算例hhhhh

9、hhhhhhpphhphphppphpphpHgHgHgAHgAHgAHgA1111B1BBA1BBA1313BB1A )( )( , (3)(2)(1),(3) (2) 3-3(1) 1-1得整理代入将且有等压面方程列等压面方程列第9页/共27页第十页，共27页。7. 7. * *平壁受力计算平壁受力计算 静止液体作用于任意形状平面壁上的总压力为静止液体作用于任意形状平面壁上的总压力为 受压面积与形心处液体静压强的乘积。受压面积与形心处液体静压强的乘积。 它的方向它的方向(fngxing)(fngxing)为受压面的内法线方向为受压面的内法线方向(fngxing)(fngxing)。 作用点

10、作用点( (压力中心压力中心) )位于在面积形心之下。位于在面积形心之下。AhPC第10页/共27页第十一页，共27页。8.8.* *曲壁受力计算曲壁受力计算 * *压力压力(yl)(yl)体的概念及应用体的概念及应用作用点。交于曲面上即为压力的角与水平面夹两力相交点作的重心上；作用于压力体流体的重量，：曲面以上至液面所有的压力中心上；作用于所承受的静水压力：垂直投影面积, PVPAAPzxxx向上虚压力体：向下实压力体：所包括的流体体积。铅垂向上至液面以曲面为底：压力体，zzPPV , 第11页/共27页第十二页，共27页。kNLHPkNLHHLHLHHAhAhPPPPPmLmDmHzxxx

11、xxzx 92310214. 3439800 43 58810298005 . 1 5 . 122 ? ? 10 4 2222222111解：求：已知：柱形闸门例：曲面例：曲面(qmin)受力计算受力计算第12页/共27页第十三页，共27页。9.9.相对平衡流体压强分布规律相对平衡流体压强分布规律(gul)(gul) 匀速转动容器匀速转动容器 压强分布规律压强分布规律(gul)(gul) 体积关系体积关系 10.10.作业作业 2-5, 2-7, 2-11, 2-5, 2-7, 2-11, 2-16, 2-30, 2-40, 2-47 2-16, 2-30, 2-40, 2-47 看懂课件中例

12、题看懂课件中例题zgrppa222柱抛 VV第13页/共27页第十四页，共27页。作业作业(zuy)(zuy)分析分析mhpHhhpHhhhhhhHphhhhHpoilOHmOHOHHgmOHOHHgoilOHHgoilOHOHOHmHgoilOHm 5.6319509801470024696 785098009805 . 198002 . 0980016 .13 )( 0-0 12222122212211222221212代入数据即得整理即有等压面方程列解：* *1. 1. 画出等压面画出等压面0-00-0； 2. Pm 2. Pm值应代入负值值应代入负值(f zh).(f zh).第14页

13、/共27页第十五页，共27页。009. 06 . 05 . 0121 CN 9120 6 . 05 . 01 . 1980019630 3.1 1 . 12 26 . 08 . 0 2980019630 / 1963098070117700 300200CCCaJAhpPmhhmphhmNppp点的水平轴的惯性矩查得矩形截面对过闸门所受总的静水压力何深度闸门所受静水压力的几增高相当于开口容器上液位容器上部的相对压强解：mAhJhCCDC 0.010.60.53.1009. 0 C的距离总压力的作用点距形心第15页/共27页第十六页，共27页。 2-40 2-40 图示用一圆锥形体堵塞直径图示用

14、一圆锥形体堵塞直径d=1md=1m的底部孔洞的底部孔洞(kngdng)(kngdng)。求作用。求作用于此锥形体的水静压力。于此锥形体的水静压力。红色体积红色体积 V1: V1: 实压力实压力(yl)(yl)体体绿色体积绿色体积 V2: V2: 虚压力虚压力(yl)(yl)体体铅垂方向合力铅垂方向合力: :水平方向合力为零水平方向合力为零)(21VVF第16页/共27页第十七页，共27页。rpmnsradRg(H-h)gRhHzHhhhhhHhhRhHR 7 .17814. 37 .183030 / 7 .1815. 0) 1 . 05 . 0(8 . 92 2 2 1 . 05 . 03 .

15、 022 22 ) () (21 2222可求得再由超高关系式得化简为式由旋转抛物面体积关系座标如图中所示旋转后自由液面下顶点解：第17页/共27页第十八页，共27页。1. *定常流定常流 非定常流非定常流2. *迹线迹线 流线流线 *流线的重要性质：流线不能相交，不能转折流线的重要性质：流线不能相交，不能转折(滞点除外滞点除外)3. *平均流速平均流速 流量流量4. *缓变流及其特性缓变流及其特性5. *一元总流连续性方程的形式，物理意义，使用条件一元总流连续性方程的形式，物理意义，使用条件6. *伯努利方程的形式、几何意义和物理意义伯努利方程的形式、几何意义和物理意义7. *总流伯努利方程

16、的应用条件和过程总流伯努利方程的应用条件和过程8. *动量方程形式动量方程形式,物理意义及应用条件和过程物理意义及应用条件和过程9.*毕托管、文丘里流量计及其工作毕托管、文丘里流量计及其工作(gngzu)原理原理10. 作业：作业：3-2, 3-9, 3-10, 3-12, 3-17, 3-28 选做选做 3-31, 3-36 看懂课件中例题看懂课件中例题第18页/共27页第十九页，共27页。中水的重度计算即可。以油的重度代替上式若管中为油得点之间的伯努利方程点和再由得等压面方程列解：, (2) 85. 3 98000.0698001334169.82 2 2 2 21 )( O-O ) 1

17、( 12122112121mhgppgupguphpphphhhp 注：若管中为气体注：若管中为气体(qt)流动，流动，则简化计算为则简化计算为 hgppgu22121第19页/共27页第二十页，共27页。解即可。由以上各关系式联立求由文丘里引射管压强由连续性方程由能量方程解题思路：hpddvvgvgvpp121221222110 22 第20页/共27页第二十一页，共27页。smAQvsmAQvRTQdDx 32 . 31 314. 3 , :)( ? :minm 1 mm, 40 mm, 80 :, 22113由连续性方程即为所求如图坐标受力分析取分离体解喷嘴所受拉力求已知水平喷嘴射流例1

18、2111222122122211 820252 22 ,vvQRApvvQFmNgvvpgvgvppxxxx由动量方程得由能量方程求取近似缓变流过流断面忽略损失 )( , (4) (3) (2) ; (1) : ), 0( 3 .244 111211只有材料内应力无动量变化方向力平衡不是用相对压强三个方程联立求解分析与假设方向一致则yApRpNvvQApRxx 注注 ：作业题：作业题3-283-28， 即可以即可以(ky)(ky)此为参考此为参考第21页/共27页第二十二页，共27页。第22页/共27页第二十三页，共27页。过渡层紊流核心；层流底层；紊流结构：；指数规律；对数规律紊流断面速度分布规律旋转抛物面；断面速度分布规律层流运动：流态判据雷诺数紊流层流两种流态局部损失沿程损失非均匀流动均匀流动半径水力湿周 * 7. 10.850.75 : . 6 21 : * . 52000, * * . 4 * . 3 . 2 * * 1.275. 11vhuvvhuvRvdRfmaxfmaxecre第23页/共27页第二十四页，共27页。莫迪图范围确定了各种公式的适用义尼古拉茨实验的重要意区区区区，及各区阻力计算特点尼古拉茨阻力实验分区紊流层流达西公式沿程损失计算水力粗糙管水力光