工程流体力学第五章
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蔡增基《流体力学》考点精讲及复习思路第五章 孔口管嘴管路流动1.本章考情分析本章主要介绍简单长管、复杂管路、短管的水力计算以及孔口和管嘴的水力计算等。
与先前学过的章节有密不可分的联系,是具有一定综合性的工程应用。
考试中主要以名词解释、简答和计算题的形式予以考察,题目综合性相对较强,考题一般会配以管路图形,需要考生深入理解题意,看懂管路图,梳理解题思路,综合运用所学知识。
2.本章框架结构本章首先介绍了简单长管的水力计算和复杂管路的水力计算,而后分别就短管的水力计算,孔口和管嘴的水力计算做了详尽的说明。
3.本章考点精讲考点一 简单长管的水力计算前面几章已经介绍了工程流体力学的基本理论和方法。
但是,在实际的工程设计计算中这些方法显得有些烦琐。
因此,有必要对管路进行分类,再根据不同情况对理论方法进行简化,总结出比较简便实用的方法,以提高设计计算工作的效率。
本章将给出工程实际中常见的压力管路、孔口出流及管嘴出流的水力设计计算的实用方法。
(1)压力管路压力管路:在一定压差下,液流充满全管的流动管路。
(管路中的压强可以大于大气压,也可以小于大气压)注:输送气体的管路都是压力管路。
压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失,包括沿程水头损失和局部水头损失。
压力管路的分类①按管路的结构特点,分为简单管路:等径无分支复杂管路:串联、并联、分支②按能量比例大小,分为长管:和沿程水头损失相比,流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。
(如室外管路,如油田地面集输管路、外输管路)。
短管:流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
(如室内管路,如联合站、计量间内管件较多的管路)。
注意:①长管和短管不按管道绝对长度决定。
②当管道存在较大局部损失管件,例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。
即使管道很长,局部损失也不能略去,必须按短管计算。
③将压力管道按长管计算,可以简化计算过程。
但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前,按短管计算不会产生较大的误差。
工程流体力学闻德课后习题答案 第五章 实际流体动力学基础5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ,u y =-2ay ,a 为实数,且a >0。
试求切应力τxy 、τyx 和附加压应力p ´x 、p ´y 以及压应力p x 、p y 。
解:0y x xy yx u u x y ττμ∂⎛⎫∂==+= ⎪∂∂⎝⎭24xxu p a xμμ∂'=-=-∂,24y y u p a y μμ∂'=-=∂, 4x x p p p p a μ'=+=-,4y y p p p p a μ'=+=+5-2 设例5-1中的下平板固定不动,上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动(如图所示),由于上平板运动而引起的这种流动,称柯埃梯(Couette )流动。
试求在这种流动情况下,两平板间的速度分布。
(请将d 0d px=时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较)解:将坐标系ox 轴移至下平板,则边界条件为 y =0,0X u u ==;y h =,u v =。
由例5-1中的(11)式可得2d (1)2d h y p y yu v h x h h μ=-- (1) 当d 0d p x =时,y u v h=,速度u为直线分布,这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切流动。
它只是由于平板运动,由于流体的粘滞性带动流体发生的流动。
当d 0d px≠时,即为一般的柯埃梯流动,它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成,速度分布为(1)u y y yp v h h h=-- (2) 式中2d ()2d h pp v xμ=- (3) 当p >0时,沿着流动方向压强减小,速度在整个断面上的分布均为正值;当p <0时,沿流动方向压强增加,则可能在静止壁面附近产生倒流,这主要发生p <-1的情况.5-3 设明渠二维均匀(层流)流动,如图所示。
若忽略空气阻力,试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程,证明过流断面上的速度分布为2sin (2)2x gu zh z r q m=-,单宽流量3sin 3gh q r q m=。