流体力学 4-2流体动力学
- 格式:ppt
- 大小:2.15 MB
- 文档页数:53
流体运动的动力学定律流体运动是自然界中一种常见的现象,它涉及到许多物理定律和原理。
在流体力学领域,有一些基本的动力学定律可以帮助我们理解和描述流体运动的规律。
本文将介绍一些重要的流体力学定律,并探讨其应用。
1. 质量守恒定律质量守恒定律是流体力学中最基本的定律之一。
它表明在任何封闭系统中,质量是不会被创造或者消失的,只会发生转移或者转化。
在流体运动中,质量守恒定律可以用以下公式表示:∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中,ρ是单位体积内的质量,v是流体的速度矢量,∂/∂t表示对时间的偏导数,∇·表示散度运算符。
这个方程表明质量的变化率等于流入和流出的质量之差。
2. 动量守恒定律动量守恒定律是描述流体运动中动量守恒的重要定律。
它可以用以下公式表示:ρ(∂v/∂t + v·∇v) = -∇P + ∇·τ + ρg其中,P是压力,τ是应力张量,g是重力加速度。
这个方程表明流体的动量变化率等于压力梯度、应力梯度和重力之和。
3. 能量守恒定律能量守恒定律是描述流体运动中能量守恒的基本定律。
它可以用以下公式表示:ρC(∂T/∂t + v·∇T) = ∇·(k∇T) + Q其中,C是比热容,T是温度,k是热导率,Q是单位体积内的热源。
这个方程表明流体的能量变化率等于热传导、热源产生和流体运动对温度的影响之和。
4. 流体静力学定律流体静力学定律描述了静止流体中的压力分布和压力的传递规律。
根据这个定律,静止流体中的压力在任何方向上都是相等的,并且压力沿着流体中的任意路径传递。
这个定律可以用来解释液体中的浮力现象和液体的压强。
5. 流体动力学定律流体动力学定律描述了流体运动中的压力分布和流速的关系。
根据这个定律,流体中的压力随着流速的增加而减小,在流速较大的地方压力较低,在流速较小的地方压力较高。
这个定律可以用来解释流体在管道中的流动、喷泉的原理等。
综上所述,流体运动的动力学定律是研究流体力学的基础。
第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max/2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭,0y ≥总流的动能修正系数为何值?解:172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A AB y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出,其厚度00.03m δ=,平均流速V 0=8m/s ,假设此射流受重力作用而向下弯曲,但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=处的平均流速V ;(2)该处的水股厚度δ。
解:〔1〕由题意可知:在45度水流处,其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得:V=︒45sin 8=11.31m/s 〔2〕水股厚度由流量守恒可得:VD D V δδ=000,由于缝狭长,所以两处厚度近似相等,所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如下图管路,出口接一收缩管嘴,水流射人大气的速度V 2=20m/s ,管径d 1=0.1m ,管嘴出口直径d 2=0.05m ,压力表断面至出口断面高差H =5m ,两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解:取压力表处截面为截面1-1,收缩管嘴处截面为截面2-2,选择两截面包围的空间为控制体,由实际流体的恒定总流能量方程得:2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++, 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速m 51=V ,由上述两个方程可得压力表的读数〔相对压强〕:222112212wV V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭, 上式计算结果为:2.48at 。
李玉柱流体力学课后题解答-第四章————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭,0y ≥总流的动能修正系数为何值?解:172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A AB y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出,其厚度00.03m δ=,平均流速V 0=8m/s ,假设此射流受重力作用而向下弯曲,但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=处的平均流速V ;(2)该处的水股厚度δ。
解:(1)由题意可知:在45度水流处,其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得:V=︒45sin 8=11.31m/s (2)水股厚度由流量守恒可得:VD D V δδ=000,由于缝狭长,所以两处厚度近似相等,所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路,出口接一收缩管嘴,水流射人大气的速度V 2=20m/s ,管径d1=0.1m,管嘴出口直径d 2=0.05m,压力表断面至出口断面高差H=5m ,两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解:取压力表处截面为截面1-1,收缩管嘴处截面为截面2-2,选择两截面包围的空间为控制体,由实际流体的恒定总流能量方程得:2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++, 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ,由上述两个方程可得压力表的读数(相对压强):222112212w V V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+⎪⎝⎭, 上式计算结果为:2.48at 。