流体力学第八章讲解
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第八章管道不可压缩流体恒定流有压管流是日常生活中最常见的输水方式,本章主要介绍了有压管流的水力特点,计算问题以及简单管道与串联、并联和管网的水力计算原理与应用。
概述一、概念有压管流(penstock):管道中流体在压力差作用下的流动称为有压管流。
有压恒定管流:管流的所有运动要素均不随时间变化的有压管流。
有压非恒定管流:管流的运动要素随时间变化的有压管流。
观看录像二、分类1.有压管道根据布置的不同,可分为:简单管路:是指管径、流速、流量沿程不变,且无分支的单线管道。
复杂管路:是指由两根以上管道所组成的管路系统。
2.按局部水头损失和流速水头之和在总水头损失中所占的比重,管道可分为长管:指管道中以沿程水头损失为主,局部水头损失和流速水头所占比重小于(5%-10%)的沿程水头损失,从而可予以忽略的管道。
短管:局部水头损失和流速水头不能忽略的、需要同时计算的管道。
三、有压管道水力计算的主要问题1.验算管道的输水能力:在给定作用水头、管线布置和断面尺寸的情况下,确定输送的流量。
2.确定水头:已知管线布置和必需输送的流量,确定相应的水头。
3.绘制测压管水头线和总水头线:确定了流量、作用水头和断面尺寸(或管线)后,计算沿管线各断面的压强、总比能,即绘制沿管线的测压管水头线和总水头线。
第一节简单管道的水力计算一、基本公式1.淹没出流图8-1中,列断面1-1与2-2的能量方程(4-15),图8-1令:且w1>>w, w2>>w,则有(8-1)说明:简单管道在淹没出流的情况下,其作用水头H0完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。
即:管道中的流速与流量为:(8-2)(8-3)式中:——管系流量系数,,它反映了沿程阻力和局部阻力对管道输水能力的影响。
H0——作用水头,指上、下游水位差加上游行进流速的流速水头。
——局部阻力系数,包含出口损失。
问题:图示两根完全相同的长管道,只是安装高度不同,两管道的流量关系为:A.Q1<Q2;B.Q1>Q2;C.Q1=Q2;D.不定。
流体⼒学第⼋章绕流运动第⼋章绕流运动⼀、应⽤背景1、问题的⼴泛存在性:在⾃然界和⼯程实际中,存在着⼤量的流体绕物体的流动问题(绕流问题),如:飞机在空⽓中的飞⾏、河⽔流过桥墩、⼤型建筑物周围的空⽓流动、植物护岸(消浪,船⾏波),粉尘颗粒在空⽓中的飞扬和沉降,⽔处理中固体颗粒污染物在⽔中的运动。
(⼀种:流体运动;另外⼀种:物体运动),我们研究,将坐标系固结于物体上,将物体看成静⽌的,讨论流体相对于物体的运动。
2、问题的复杂性上⼀章的内容中可以看出,流体⼒学的问题可以归结为求解在⼀定边界条件和初始条件下偏微分⽅程组的求解。
但描述液体运动的⽅程式⾮常复杂的:⼀⽅⾯,是⽅程的⾮线性性质,造成⽅程求解的困难;另⼀⽅⾯,复杂的边界条件和初始条件都给求解流体⼒学造成了很多⿇烦。
迄今为⽌,只有很少数的问题得到了解决。
平⾯泊萧叶流动,圆管coutte流动等等。
⽽我们所要解决的绕流问题正是有着⾮常复杂的边界条件。
3、问题的简化及其合理性流体⼒学对此的简化则是,简化原⽅程,建⽴研究理想液体的势流理论。
实际液体满⾜势流运动的条件:粘性不占主导地位,或者粘性还没有开始起作⽤。
正例:远离边界层的流体绕流运动、地下⽔运动、波浪运动、物体落⼊静⽌⽔体中,⽔的运动规律研究。
反例:研究阻⼒规律、能量损失、内能转换等等。
圆柱绕流(经典之⼀)半⽆限长平板绕流(经典之⼆)分成两个区域:⼀个区域是远离边界的地⽅,此区域剪切作⽤不明显,⽽且流体惯性⼒的影响远远⼤于粘性⼒的影响(理想液体)(引导n-s⽅程);另⼀个是靠近边界的地⽅(附⾯层,粘性底层),此区域有很强烈的剪切作⽤,粘性⼒的影响超强,据现代流体⼒学的研究表明,此区域是产⽣湍流的重要区域,有强烈的剪切涡结构,但此区域只有⾮常薄的厚度。
此区域对绕流物体的阻⼒、能量耗损、扩散、传热传质都产⽣重要影响。
4、本章的主要研究内容(1)外部:理想液体,(简化⽅法,求解⽅式)、(2)内部:附⾯层理论,(简化⽅法,求解⽅式,求解内容,现象描述)(3)两者的衔接。