动量定理在流体问题上的应用.pptx
- 格式:pptx
- 大小:121.46 KB
- 文档页数:8
流体力学08动量定理导读:给出动量定理在流动中的体现形式。
首先分析流动与受力的关系,然后得出简单流动的动量方程。
当流动较为复杂时,要采用微分形式,也就是拉维斯托克斯方程简称NS方程最后分析动量方程中各项的含义,并针对具体的流动粒子看一下它的应用。
流体与受力流体的运动遵循牛顿定律,所以流动形式直接作用于流体上的力。
来看一个变截面通道内的流动与压力变化。
这个流动属于不可压缩流动,流速与流道横截面积成反比。
而各截面处的压力则可以从吸上来的水柱高度来判断。
可以看出,截面越小,流速越大,而压力就越低。
一般这种流动用于伯努利原理的解释,但从根本上来说,流体遵循的是牛顿定律。
这里给出三个流向位置的速度,从截面积判断,V2大于V1,V3小于V2。
流体的加减速是如何产生的呢?现在只研究收缩段,来分析流体经过收缩段加速的原因。
在收缩段中部,取一个流体微团。
显然,这个流体微团具有向右的加速度,那么它所受到的合力就应该是向右的。
这个合力只能是它四周的流体给他的,确切的说是压差力产生的。
这里画出微团表面的压力分布,可以看出左侧的压力大于右侧形成压差力,这就是微团加速运动的原因了。
通过收缩段的所有流体微团都是在这样的压差力作用下加速的。
把整个收缩段看作一个控制体,一定是进口的压力大,出口的压力小。
与压差力对应,收缩段进口流速小,出口流速大。
所以流体的加减速运动从根本上来看是遵循牛顿第二定律的。
现在我们再来看一个气球放气时的推力问题。
如果直接对气球内的气体应用牛顿第二定律,公式是这样: 为气体的质量,为气体的速度,这属于拉格朗日法。
如果用表示示气体单位时间内的动量变化,这个动量变化是多少呢?这要把气体分为两部分,考虑保持在气球内的,和从喷口排出的。
假设从喷口排出的气体流速是,单位时间排出的气体质量是,那么所有气体的动量变化是乘以吗?不完全是,因为气球内的气体质量发生了变化,并且产生了一定的流动,所以整体的动量变化是两部分之和。
动量定理流体问题考点规律分析1.解答质量连续变动问题的基本思路(1)建立“柱体”模型。
对于流体,可沿流速v的方向选取一段柱形流体,设在Δt时间内通过某一横截面积为S的流体长度为Δl,如图所示,若流体的密度为ρ,那么,在这段时间内流过该截面的流体的质量为Δm=ρSΔl=ρSvΔt;(2)掌握“微元”方法。
当所取时间Δt足够短时,图中流体柱长度Δl就足够短,质量Δm也很小,这种以一微小段为研究对象的方法就是微元法;(3)运用动量定理,即流体微元所受的合外力的冲量等于微元动量的增量,Δt=Δp。
即F合2.解答质量连续变动问题的具体步骤应用动量定理分析连续体相互作用问题的方法是微元法,具体步骤为:(1)确定一小段时间Δt内的连续体为研究对象;(2)写出Δt内连续体的质量Δm与Δt的关系式;(3)分析连续体的受力情况和动量变化;(4)应用动量定理列式、求解。
典型例题1.飞船在飞行过程中有很多技术问题需要解决,其中之一就是当飞船进入宇宙微粒尘区时如何保持飞船速度不变的问题。
我国科学家已将这一问题解决,才使得“神舟五号”载人飞船得以飞行成功。
假如有一宇宙飞船,它的正面面积为S=0.98 m2,以v=2×103 m/s的速度进入宇宙微粒尘区,尘区每1 m3空间有一微粒,每一微粒平均质量m=2×10-4g,若要使飞船速度保持不变,飞船的牵引力应增加多少?(设微粒与飞船相碰后附着到飞船上)[规范解答]由于飞船速度保持不变,因此增加的牵引力应与微粒对飞船的作用力相等,据牛顿第三定律知,此力也与飞船对微粒的作用力相等。
只要求出时间t内微粒的质量,再由动量定理求出飞船对微粒的作用力,即可得到飞船增加的牵引力。
时间t内附着到飞船上的微粒质量为M=m·S·vt,设飞船对微粒的作用力为F,由动量定理得Ft=Mv=mSvt·v,即F=mSv2,代入数据解得F=0.784 N,由牛顿第三定律得,微粒对飞船的作用力为0.784 N,故飞船的牵引力应增加0.784 N。