流体力学【关于伯努利方程的应用】
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伯努利方程的原理及其应用伯努利方程,又称为伯努利定律,是流体力学中的一个基本原理。
它描述了在稳态流动中,沿流线方向流体的总能量保持不变。
伯努利方程可以应用于各种流体系统,包括液体和气体,并在航空、水利工程等领域得到广泛应用。
1.流体是理想流体,即无黏度和无压缩性;2.流体是稳态流动,流线保持不变;3.流体受到重力和压强力的作用,无其他外力。
根据以上假设,伯努利方程可以表示为:P + 1/2ρv² + ρgh = 常数其中,P是流体的压强,ρ是流体的密度,v是流体的速度,g是重力加速度,h是流体的高度。
1.飞行原理:伯努利方程解释了飞机飞行的基本原理。
当飞机飞行时,上表面的气流速度大于下表面的气流速度,根据伯努利方程,气流速度增大意味着气流压强降低,因此上表面的气流压强小于下表面,形成了一个向上的升力,使得飞机能够起飞和保持在空中。
2.水力工程:伯努利方程在水流中的应用非常常见。
例如,当水流通过一条管道时,根据伯努利方程,水流速度越大,压强越小。
这一原理可以应用于水泵、水轮机等设备的设计和运行。
3.血液循环:伯努利方程被广泛应用于心脏和血管的研究。
心脏将血液推入血管中,根据伯努利方程,血液速度增加意味着血液压力下降,这有助于保持正常的血流循环。
4.涡轮机:伯努利方程被应用于涡轮机的设计和优化。
涡轮机利用流体动能转换为机械能,在伯努利方程的基础上进行流体的流动和能量转换的计算,可以进行涡轮机的性能预测和优化设计。
总之,伯努利方程是流体力学中非常重要的一个原理,它描述了流体在稳态流动中能量守恒的基本规律。
通过应用伯努利方程,可以更好地理解和解释许多与流体流动和能量转换相关的现象和实际问题。
伯努利方程的原理和应用1. 什么是伯努利方程伯努利方程是流体力学中的基本方程之一,用于描述理想流体的运动。
它基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理,可以通过对流体在不同位置和时间上的性质进行分析,推导出流体在各个位置上的压力、速度和高度之间的关系。
2. 伯努利方程的表达形式伯努利方程可以写成以下形式:P + 1/2ρv^2 + ρgh = 常数其中,P是流体的静压力,ρ是流体的密度,v是流体的速度,g是重力加速度,h是流体的高度。
3. 伯努利方程的原理伯努利方程的原理即基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理,通过分析流体在不同位置上的性质,推导出流体在各个位置上的压力、速度和高度之间的关系。
3.1 质量守恒质量守恒是指在封闭系统中,质量的总量是不变的。
在流体力学中,当流体通过一个管道或槽道时,质量的净流入量等于质量的净流出量。
3.2 动量守恒动量守恒是指在封闭系统中,动量的总量是不变的。
在流体力学中,动量的变化可以通过推导出的动量方程来描述,而伯努利方程就是基于动量守恒推导出来的。
3.3 能量守恒能量守恒是指在封闭系统中,能量的总量是不变的。
在流体力学中,能量的变化可以通过推导出的能量方程来描述,而伯努利方程也是基于能量守恒推导出来的。
4. 伯努利方程的应用伯努利方程广泛应用于流体力学和工程学中,可以用于解决多种问题。
以下是一些常见的应用情况。
4.1 流速和压力关系根据伯努利方程,当流体的速度增加时,压力会减小;当速度减小时,压力会增加。
这个关系在管道系统和飞机翼等领域起到重要作用,可以帮助我们设计高效的流体系统。
4.2 流速和高度关系当流体的速度增加时,其高度会降低;当速度减小时,高度会增加。
这个关系在水力发电站和喷气式飞机等领域有重要应用,可以帮助我们设计高效的能量转换系统。
4.3 压力和高度关系根据伯努利方程,当流体的压力增加时,其高度会降低;当压力减小时,高度会增加。
这个关系在水泵和水塔等领域常常被应用,可以帮助我们调节流体的压力和高度。
伯努利方程的应用实验原理引言伯努利方程是流体力学中的基本方程之一,可用于描述沿着流体流动路径的压力、速度和高度之间的关系。
在许多工程实际应用中,伯努利方程被广泛使用,本文将介绍伯努利方程的应用实验原理。
实验目的通过实验,验证伯努利方程在流体力学中的应用,以及探索一些流体现象。
实验器材•管道•压力计•流量计•水泵•压力传感器•电子称•简易流体槽实验步骤1.在实验室中搭建流体实验装置,包括管道、水泵、压力计、流量计和压力传感器。
2.打开水泵,使水开始流动。
3.使用压力计测量流体的压力,并记录数据。
4.使用流量计测量流体的流量,并记录数据。
5.改变管道的高度,重复步骤3和步骤4,并记录相应的数据。
6.使用电子称测量不同高度处流体的重量,并记录数据。
7.将实验数据整理并分析。
实验数据记录管道高度(cm)流体压力(Pa)流体流量(m/s)流体重量(kg)10 1000 0.5 0.120 900 0.4 0.0930 800 0.3 0.0840 700 0.2 0.07实验结果分析通过实验数据的记录,我们可以看到随着管道高度的增加,流体压力逐渐减小,流体流量也逐渐减小,流体重量也逐渐减小。
实验结论根据实验结果分析,我们可以得出以下结论: 1. 高度增加会导致流体的压力减小。
2. 高度增加会导致流体的流量减小。
3. 高度增加会导致流体的重量减小。
实验应用伯努利方程在工程实践中有广泛的应用,以下列举一些实际应用场景: 1. 管道系统设计中,可以利用伯努利方程计算流体的压力、速度或高度,在保证系统正常运行的前提下进行优化设计。
2. 飞机的机翼设计中,伯努利方程可以解释气流在机翼上的加速运动,从而产生升力。
3. 水泵的选型与设计中,伯努利方程可以帮助计算出所需的流量和压力,从而选择合适的水泵。
结论通过本实验的实践操作以及对实验数据的分析,我们验证了伯努利方程在流体力学中的应用。
伯努利方程提供了解决流体力学相关问题的理论基础,为工程实践中的设计与优化提供了重要的参考。
伯努利方程的原理及其应用1. 什么是伯努利方程?伯努利方程是流体力学中的一个基本定律,描述了在无粘度、无旋流体中的流动情况。
它是基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理推导而来的,并且广泛应用于航空、航天、水利工程等领域。
2. 伯努利方程的表达式伯努利方程的表达式如下:P + ρgh + 1/2ρv^2 = 常数其中:•P表示流体的压力;•ρ表示流体的密度;•g表示重力加速度;•h表示流体的高度;•v表示流体的速度。
这个方程表明,在无粘度、无旋的条件下,沿着流体的流向,在任意两点之间,流体的总能量保持不变。
3. 伯努利方程的原理伯努利方程的原理可以通过以下几点来解释:3.1 流体的连续性根据质量守恒定律,单位时间内通过任意横截面的流体质量是不变的。
根据这个原理,可以得出流体的连续性方程。
3.2 流体的动量守恒根据动量守恒定律,流体流动时,外力对流体的加速度产生一个作用力,这个作用力可以通过压强的变化来描述。
当流体的速度增大时,压强减小,反之亦然。
3.3 流体的能量守恒根据能量守恒定律,流体的动能和势能之和保持不变。
当流体速度增大时,动能增加,而势能减小,反之亦然。
综合考虑以上几点,可以得出伯努利方程的原理。
4. 伯努利方程的应用伯努利方程的应用非常广泛,以下列举了一些常见的应用场景:4.1 管道流动伯努利方程可以用来分析和计算管道中的流体流动情况,如水流、气流等。
通过测量不同位置的压力和速度,可以计算流体的流速、流量以及阻力等参数,对管道的设计和优化具有重要意义。
4.2 飞机和汽车的空气动力学在飞机和汽车的设计中,伯努利方程被广泛应用于空气动力学的分析。
通过伯努利方程可以计算流体在机翼或车身表面的压力分布,从而确定升力和阻力的大小,对飞机和汽车的性能进行评估和改进。
4.3 水利工程伯努利方程在水利工程中也有重要应用。
例如,在水流中测量水压和流速,可以根据伯努利方程计算水流的高度、速度和流量,对水库、水泵和水轮机等的设计和运行进行分析和优化。
伯努利方程的应用概述伯努利方程是流体力学中的一个重要方程,它描述了流体在非粘性、定常、不可压缩条件下的运动。
该方程以瑞士科学家伯努利的名字命名,它是由动能项、重力势能项和压力项组成的一个总能量方程。
伯努利方程的应用非常广泛,涉及到众多领域,如航空、水利、土木工程等。
下面我将对伯努利方程的应用进行一概述。
1.流体力学中的伯努利方程应用:伯努利方程可以应用于气体、液体以及浆体等不可压缩流体的运动分析。
在管道、管路中,通过应用伯努利方程可以计算出流体在管道中的流速、压力、位能等重要物理量。
在涡街流量计、毛细管压力计等仪器中,也可以利用伯努利方程进行测量。
2.航空航天中的应用:伯努利方程的应用在航空航天工程中尤为重要。
例如,在飞机机翼和喷气引擎中,通过应用伯努利方程可以解释大气压力差所产生的升力。
同时,伯努利方程也可以用来研究流体在飞行器周围的流动,以及飞行器上部分区域的压力变化。
3.汽车工程中的应用:在汽车运动中,伯努利方程可以帮助我们理解气流对于汽车行驶的影响。
例如,通过应用伯努利方程可以研究汽车的风阻问题,从而优化汽车的车身设计,减少气流阻力,提高汽车的驾驶性能。
4.水利工程中的应用:伯努利方程在水利工程中的应用非常广泛。
例如,在水坝中,通过应用伯努利方程可以计算出水流的速度和压力,帮助我们理解水流的运动规律,并根据需要进行设计和维护。
另外,伯努利方程也可以应用于水力发电厂的设计和运行过程中,对水流能量的转化及损耗进行估算和优化。
5.土木工程中的应用:在土木工程中,伯努利方程可以用来分析液体或气体在管道、水泵以及水塔等结构中的运动。
通过应用伯努利方程,可以计算出管道中的流速和压力,帮助我们设计和维护城市的供水和污水处理系统。
6.海洋工程中的应用:伯努利方程可以应用于海洋工程领域的水流分析和水动力学特性研究。
例如,在海岸工程中,通过应用伯努利方程可以预测海浪的高度和速度,以及对于海岸线的冲击力。
同时,伯努利方程还可以帮助我们理解和控制河道和港口中的水流行为。
伯努利方程的应用伯努利方程对于流动体系除了掌握体系的对于流动体系,除了掌握体系的物料衡算关系以外,还必须找出体系各种形式能量之间的转换关系系各种形式能量之间的转换关系。
伯努利(Bernoulli)方程:描述了流体流动过程中各种形式能量之间的转换关系,是流体在定常流动情。
是热力学第一Daniel Bernoulli ,1700-1782况下的能量衡算式是热力学第定律对流体流动过程的具体描述。
流动系统的能量流动系统的能量:流动系统的能量流动系统的能量:(3) 动能:流体以一定的速度运动时便具有一定的动能,大时所需要的功小等于流体从静止加速到流速v时所需要的功。
(4) 静压能:流体进入划定体积时需要对抗压力所做的功。
流体进入划定体积时需要对抗压力所做的功若质量为m的流体体积为,某截面处的静压强为p,截面面积为A,则将质量为m的流体压入划定体积的功为:则将质量为的流体压入划定体积的功为质量为能量还可以通过其他外界条件与流动系统进行交换,包括::流体通过换热器吸热或放热Q e吸热时为正,放热时为负。
:泵等流体输送机械向系统做功W em 的流体交换热量=m Q e流体接受外功为正流体对外作功为负作功为负的流体所接受的功= mW e以截面两边同除以m单位质量流体稳定流动过程的总能量衡算式,流动系统的力学第一定律表达式系统内能变化系统内能变化:是单位质量流体从截面1-1到截面是单位质量流体从截面1-1到截面2-2流体通过环境直接获得的热量,Q e(1)流体通过环境直接获得的热量流体流动时需克服阻力做功,因而消耗机械能转化为热量,若流体等温流动,这部分热量则散失到系统外部。
设单位流体因克服阻力而损失的,则则不可压缩流体ρ=const=0无外加功W e=0理想流体,Σhf伯努力方程努力方程的有关伯努力方程的讨论(1)伯努力方程的适用条件:不可压缩的理想流体做定常流动而无外功输入的情况,选取截面符合缓变流条件。
单位质量流体在任一截面上所具有的势能、动能和静压能之和是一常数。
工程流体力学综合报告学院:机械工程学院专业:机械工程班级:学号:学生姓名:任课老师:提交日期:2017年12月27 日关于伯努利方程的应用摘要“伯努利原理“是著名的瑞士科学家丹尼尔·伯努利在1726年提出的。
这是在流体力学的连续介质理论方程建立之前,水力学所采用的基本原理,其实质是流体的机械能守恒。
理想正压流体在有势彻体力作用下作定常运动时,运动方程(即欧拉方程)沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。
即:动能+重力势能+压力势能=常数。
其最为著名的推论为:等高流动时,流速大,压力就小。
伯努利方程对于确定流体内部各处的压力和流速有很大意义,在水利、造船、航空等部门有着广泛的应用。
关键词:伯努利方程公式及原理应用流体力学1 伯努利方程伯努利原理往往被表述为p+1/2ρv2+ρgh=C,这个式子被称为伯努利方程。
式中p为流体中某点的压强,v为流体该点的流速,ρ为流体密度,g为重力加速度,h为该点所在高度,C是一个常量。
它也可以被表述为p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρv22+ρgh2。
需要注意的是,由于伯努利方程是由机械能守恒推导出的,所以它仅适用于粘度可以忽略、不可被压缩的理想流体1.1 流线上的伯努利方程流线上的伯努利方程:适于理想流体(不存在摩擦阻力)。
式中各项分别表示单位流体的动能、位能、静压能之差。
如果流动速度为0,则由伯努利方程可得平衡流体的流体静力学基本公式(C g p z =+ρ)。
1.2 总流的伯努利方程总流是无数元流的总和,将元流伯努利方程沿总流过流断面积分,即可推导出总流的伯努利方程,也即总流能量方程。
动能修正系数α为实际动能与按平均速度计算的动能的比值,α值反映了断面速度分布的不均匀程度。
由于气体的动力黏度值较小,过流断面速度梯度小,实际的气流运动的速度分布比较均匀,接近于断面平均流速。
所以,气体运动中的动能修正系数常常取1.0。
管中水流多数也属于这种情况,此时总流与流线上的伯努利方程形式上无区别。
gV g p z g V g p z 222222221111αραρ++=++gV g p z g V g p z C g v g p z 222222221112++=++=++ρρρ1.3 实际流体总流的伯努利方程实际流体总流的伯努利方程式:z ——总流过流断面上某点(所取计算点)单位重量流体的位能,位置高度或高度水头;gp ρ——总流过流断面上某点(所取计算点)单位重量流体的压能,测压管高度或压强水头;g 2v 2α——总流过流断面上单位重量流体的平均动能,平均流速高度或速度水头;hf ——总流两端面间单位重量流体平均的机械能损失。
总流伯努利方程的应用条件:(1)恒定流;(2)不可压缩流体;(3)质量力只有重力;(4)所选取的两过水断面必须是渐变流断面,但两过水断面间可以是急变流。
(5)总流的流量沿程不变。
(6)两过水断面间除了水头损失以外,总流没有能量的输入或输出。
(7)式中各项均为单位重流体的平均能(比能),对流体总重的能量方程应各项乘以ρgQ 。
221112221222f p v p v z z h g g g gααρρ++=+++1.4 粘性流体的伯努利方程2 伯努利方程的应用2.1 皮托管毕托管又叫皮托管,是将流体动能转化为牙能、从而通过测压计测定流体运动速度的仪器。
这种仪器是1730年由享利•毕托(Henri Pitot)所首创,后经200多年来各方面的改进,目前已有几十种型式。
图1.皮托管原理图用毕托管可以测得总压管管口处的流速为V=gh 222112212L 22p v p v z z h g g γγ++=+++优点:能测得流体总压和静压之差的复合测压管。
结构简单,使用、制造方便,价格便宜,只要精心制造并严格标定和适当修改,在一定的速度范围之内,它可以达到较高的测速精度。
缺点:用毕托管测流速时,仪器本身对流场会产生扰动,这是使用这种方法测流速的一个缺点。
2.2 生活中的应用举例2.2.1 关于飞机如何起飞飞机的飞行要解决两个问题:一是上升;二是前进。
前进靠的是发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力。
上升是根据伯努利原理,即流体(包括气流和水流)的流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。
机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,侧剖面是一个上缘向上拱起,下缘基本平直的形状。
所以气流吹过机翼上下表面而且要同时从机翼前端到达后端,从上缘经过的气流速度就要比下缘的快(因为上缘弧度大,弧长较长,就是说距离较远)。
按照伯努利方程:同样是流过某个表面的流体,速度快的对这个表面产生的压强要小。
因此就得出机翼上表面大气压强比下表面的要小的结论,这样子就产生了升力,升力达到一定程度飞机就可以离地而起。
飞机的机翼做成的形状就可以使通过它机翼下方的流速低于上方的流速,从而产生了机翼上、下方的压强差(即下方的压强大于上方的压强),因此就有了一个升力,这个压强差(或者说是升力的大小)与飞机的前进速度有关。
当飞机前进的速度越大,这个压强差,即升力也就越大。
所以飞机起飞时必须高速前行,这样就可以让飞机升上天空。
当飞机需要下降时,它只要减小前行的速度,其升力自然会变小,以致小于飞机的重量,它就会下降着陆了。
2.2.2 喷雾器喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。
让空气从小孔迅速流出,小孔附近的压强小,容器里液面上的空气压强大,液体就沿小孔下边的细管升上来,从细管的上口流出后,空气流的冲击,被喷成雾状。
图二.手摇式喷雾器和日常小巧型喷雾器原理由伯努利方程:k=px/(ρg)+vx*vx/(2g)+h2;(1)由压强与空气流速公式:px=po(1-vx/v声);(k表示常量,po表示大压) (2)图3.喷雾器喷雾器是压缩c,使B点流速大、由公式(2),知小孔B附近的压强pB<po,容器里液面上的大气压强的作用,液体就沿小孔下边的细管升上来B,从细管的上口流出后,空气流动的冲击,被喷成雾状。
2.2.3汽油发动机的化油器汽油发动机的化油器,与喷雾器的原理相同。
化油器是向汽缸里供给燃料与空气的混合物的装置,构造原理是指当汽缸里的活塞做吸气冲程时,空气被吸入管内,在流经管的狭窄部分时流速大,压强小,汽油就从安装在狭窄部分的喷嘴流出,被喷成雾状,形成均匀的油气混合物进入汽缸燃烧。
图4.化油器结构示意图由伯努利方程:po/(ρg)+v1* v1 /(2g)+h1 =px/(ρg)+vx*vx/(2g)+h ;由压强与空气流动速度公式:px=po(1-vx/v声);…………(2);(po为大气压,v1为油下降速度,v声为声速)以为h1零势面,喷出点绝对高度为h,知h1=0;由于浮子室内部汽油面积特别大,由流量公式:Q=v1*s1=vx*sx知:…v1≈0;解得:vx=po/(v声*ρ)±sqrt[p0*po/(v声*v声*ρ*ρ)]2.2.4 旋转球的原理球类比赛中的“旋转球”具有很大的威力。
旋转球和不转球的飞行轨迹不同,是因为球的周围空气流动情况不同造成的。
不转球水平向左运动时周围空气的流线。
球的上方和下方流线对称,流速相同,上下不产生压强差。
图5.过球心的水平截面空气流线分布图再考虑球的旋转,转动轴通过球心且平行于地面,球逆时针旋转。
球旋转时会带动周围得空气跟着它一起旋转,至使球的下方空气的流速增大,上方的流速减小,球下方的流速大,压强小,上方的流速小,压强大。
跟不转球相比,旋转球因为旋转而受到向下的力,飞行轨迹要向下弯曲。
另一方面, 由于内摩擦力作用, 空气施于球体内摩擦力矩与空气粘滞系数、角速度梯度成正比。
空气粘滞系数很小, 因而内摩擦力矩使球体旋转角速度减小很慢。
当球旋转着前进时, 由于空气粘性, 紧靠球表面的空气附着球表面随球一起旋转, 在球周围的附着面产生环流如图所示。
2.2.5乒乓球的旋转表示乒乓球的上旋球,转动轴垂直于球飞行的方向且与台面平行,球向逆时针方向旋转。
在相同的条件下,上旋球比不转球的飞行弧度要低下旋球正好相反,球要向反方向旋转,受到向上的力,比不转球的飞行弧度要高。
当球的旋转性质为上旋时,在球的的周围形成跟随其转动的气流流线的方向由前向后(与球飞行方向相反),则球的上部流线同球周围的环流方向相反,下部球体流线方向同球周围的环流方向相同。
因此,空气流线同球体周围环流流线方向一致的,则球体该部流速快。
反之,空气流线同球体周围环流流线方向相反的,则球体该部流速慢。
参考文献[1]张也影流体力学(第二版)[2]于学昌伯努利及伯努利方程的应用《中学物理教学参考》2001年第七期[3]赵昌友伯努利方程及其应用《池州学院学报》2014年第6期[4]郭嘉泰荆彦锋伯努利方程的应用——冷凉作用数理医药学杂志[5]陈燕黎伯努利方程的原理及应用浅析《漯河职业技术学院院报》2012年第二期[6]哈尔滨工业大学理念力学教研室理论力学[7]孙春峰,杨小云旋转球与非旋转球运动的力学原理孝感学院学报2003 年 5 月第23 卷第 3 期[8]伯努利方程的应用知乎网摘抄[9]郭守月牛顿运动定律和机翼举力大学物理.2003[10]伯努利原理百度百科整理。