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发表于 2007-7-24 11:35:56
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来自: 中国北京
伯努利方程及应用
第7讲:伯努利方程及应用 $ x/ v+ \: u+ _. |: }1 E- A6 S7 y
一 、本课的基本要求
4 {+ ~' o0 U$ I% S* M, H" @# _" [" z$ M% R' g# ` d3 S
⒈了解欧拉方程的适用条件,伯努利方程微分式的物理意义。, X1 I/ l9 u5 p' X& n
& p- n& L& N: Y, l! A⒉掌握伯努利方程积分式的形式,适用条件,物理意义。
- W9 }. C+ I; e4 G4 r. {
4 }0 Z6 d* g3 D& {) T⒊掌握管流伯努利方程式的应用。0 [+ E) m l1 k$ r
7 ^# f4 J. m) N! |% q6 h
二 、本课的重点、难点: e' s8 |$ x* ?/ _/ {) f( G: _& q7 e
! `5 [5 m8 r' t. z; Y" i重点:管流伯努利方程式的应用。
, N2 i( |0 W1 Z9 j# q0 f' z3 B' ^( V/ N) q
难点:管流伯努利方程式的应用。 . ~* G* O5 Q: `* p; r
; C5 R8 M9 ^ U9 I( \
1.3.3 理想流体动量平衡方程式--欧拉方程( Eular equations )
; ?6 D' A4 `+ Y! c/ x% B3 v
* W+ u% \* ^! [/ L6 k/ F$ _理想流体:没有粘性的流体, 。9 U9 y7 w6 i& p3 l3 K
- [, C" I4 F5 {1 s
实际流体都具有粘性,提出理想流体的意义何在?简化:: F4 A2 }' R0 X6 g+ b
* w2 N v/ t! R7 t6 K2 I① 时, N-S 方程简化为欧拉方程 (1-3-12 a ) P36
! Q' a$ t. M8 g7 k7 G! ?4 \) i( d0 ] Z( k" l+ f3 K" z
② 稳定流动, (1-3-12 b )
Y- m1 w3 B, s: Z( c9 [
0 p1 {; V8 f6 M, X; p③ 单位质量流体 (1-3-12 c )- c; r/ J+ h' D( ?, I) e) n. E, {
/ |) D3 }- x9 l+ b
) |, a" z% A4 g! E1 ?
! D. m: Y( b5 S* m欧拉方程适用条件:理想流体、稳定流动、不可压缩流体 ( 元体范围内 ) 。0 w9 |. t. V3 k
5 c( ?7 Z7 ?' w/ N1.3.4 欧拉方程的简化 ¾ 伯努利方程( Bernoulli equations )
, e( L: S% H1 |9 b* i% u* s7 U& S6 _; B3 Q0 o# Z& K5 `
⒈ 伯努利方程式的微分式- a( t8 i9 [$ K3 [( ^# P
) [3 h g& ^7 S/ W' v在流场中,流体质点于流线方向上具有一维流动的特征,对于理想流体,在稳定流动的条件下,沿流线方向作一维流动的动量平衡方程式可由欧拉方程简化处理。处理过程中用到两个概念。 d' `2 |* {4 [! i' u; o6 y; m
8 I+ x* m3 x5 x/ Z① 全微分
$ U. u. Z+ P, Q# f3 @
# D3 C. _9 d- f) s+ K根据全微分的定义,在稳定流动下,有:
0 w" g! n8 m- |8 b1 k( j" ^
* {8 ]4 X3 j+ X2 a) v$ R4 ^ _# p
# a3 C" `1 ~4 ] x, c) l+ h% J" _
( s+ c b& o" p4 N6 {: n
# w% e, C2 D% `
/ U" [9 `3 Y: l; x
/ S0 D7 j# c, \% @
! t- M' {" S: x- J( s/ c* B2 O. R- p
8 L5 p! a0 e, z. [2 ? / B* N7 f P9 `& F
: A3 I, m8 `+ g, d同时,
1 o' ]0 R$ S, n) ^3 l) t; n4 @( {" ?7 k5 t
则 ' z- p3 Y! {: z7 [7 y! j
( w, L; l" G) u/ I+ ]: @/ e; d
② * ^ Y- _2 e! E9 b9 h
% M' o. P+ B" E3 H) \
7 {& _4 V! c% f) V" s% U o% O
' Z: s- h6 {) B8 r) y/ _则 # P% c+ P3 r, ]% p* ?
% j9 k% h: t5 l' J$ q/ A
3 ^# L8 q H6 a5 l
, @& K* q2 k- i5 n" ^+ p( i
! @8 b+ O1 H# l8 q- s% y
8 T$ V' X4 v% W理想流体、稳定流动、沿流线方向的欧拉方程式,称为伯努利方程式的微分式。. k' S6 q/ j0 n* h+ D
4 k" X @2 ]3 h" h⒉ 伯努利方程式
$ n$ H# i+ f$ p I* r7 {2 a- N
6 f: `& _* |0 u# @0 x( ]⑴ 方程式的导出
9 M& d0 [! [& j) w, @% \( Z- Q; ?9 ~/ [) T1 w
由伯努利方程的积分式来确定运动过程中的动量平衡关系:图 1-3-7 P38: F1 v8 m4 k+ s- H9 h! V& K
2 g' F3 G- i6 z$ ? Q" U & U- w" O' p$ D: k8 {* A+ M8 B* J
. i: z4 g* \% Q' w或
" @: [: Z0 B3 k+ F8 }5 w" }, l+ f& B: K3 k5 t
⑵ 方程式的讨论
. q. S# x: Z. J; p( T$ w7 }% y) S# a$ n% [* x2 E: m6 U1 k8 p* |
适用条件:理想流体、稳定流动,不可压缩流体、沿流线方向。( F8 `/ j7 X) e# A
9 q/ L D2 \5 ^# p- w, O
物理意义:① 单位:机械能守恒定律的体现。
4 b. t& F- u, h7 y' K8 m2 J U/ T# A. [0 F
②
1 \. F& o1 P( F. O! F8 g2 i/ O" {4 t9 }+ S' A$ K7 P; y
③ 各个能量之间可以相互转换,对理想流体而言,其总和不变,粘性流体在流动过程中存在能量损失—静压能的降低。/ ^. X/ h: q* V# G& t5 g+ z$ v) Y
6 [5 {. M: G8 K8 p4 r1 S1 ^! t⒊ 伯努利方程式在管流中的应用 图 1-3-8 P39
: N! c9 [4 n1 l6 L* j0 r" M0 Q3 r0 j5 D6 }' l
一般管流的伯努利方程为 " Z3 C2 Q+ {1 L, S/ d
; R$ _3 N- V& s
限制条件:理想流体、稳定流动、不可压缩流体、沿流线方向。4 b0 J+ |: B% Y, ^
7 ?1 W- W1 L4 o" `8 W( P& E
对于实际流体:
& G+ F8 F' }9 K) H
: v9 V, b5 ?0 V% q2 t* {& a2 |6 M 1 ~0 d4 E, H7 X$ B2 s% d% h
5 [+ M, h7 X+ @式中 --能量损失
! ~; c: |" g3 r7 {
: D( O9 N9 a+ U3 E8 A `6 _ / c4 U$ I* H. }# V7 l# ^! t
, A8 b/ }7 A6 ^7 a! M6 N$ K5 D- Q式中 -- Pa. 。5 A/ e: X l& b8 x& L; l/ [! e
# o# D- v2 r Z2 V/ m, J
伯努利方程应用于管流时的几点说明:
, U( R# r7 f# ?. d8 U4 v: @1 u* @0 o) n4 L, [1 A' V
⑴ 管道平直、流动为缓变流 ( 流线趋于直线且平行 ) 。反之,为急变流。
# U- d0 ]1 K4 h1 M+ d7 h4 ?1 W S9 D+ N/ [
⑵ 关于动能的计算
2 N" }5 I8 C$ O+ _( k, p A$ {& E( D I3 ^4 }+ R5 n s
2 }) F, J# Y4 P; |
! s& Y1 T7 |& M2 Y/ m- G/ O, i% y式中 a --动能修正系数, 。
7 Y/ N+ a8 O0 D
) B) v- o2 |8 p4 p1 @实际管流的伯努力方程应为
j Y% D6 R8 z9 b8 x) r" A1 n6 c1 a
: A% k3 I7 Q2 B* s: ]5 I; M$ p6 b
) x0 a: M4 @- v/ q⑶ 应用管流伯努力方程应注意:/ [/ Q0 a& r# `# {
& Z6 Z, e T2 ]& ]9 ~# p( Z+ w
① 适用条件:理想流体、稳定流动、不可压缩流体、沿流线方向、缓变流。
. H4 f& A" S1 k9 E/ e5 D1 n) G: g! T( i" {* \6 e- b3 B
② 工程上大多数都是紊流, a » 1.0 。
& W8 g1 X; U9 m; I4 ^# W
1 [. r1 O# C, N' v" t* D③ P1 、 P 2 可以是绝对压力,也可以是表压力。 绝对压力与表压力的关系?
7 B7 ] \( o X0 M/ t7 j
% e3 c7 C# l: y* N$ Z④ w1 、 w 2 、 r — 实际状况下。 实际状况下的流速、密度公式?
; e7 {' \ j1 v" h
; F% J7 E5 _: @. o. i⑤ z1 、 z 2 取决于基准面。6 e, z, E& ?/ g+ a6 ^
3 H1 \9 H) P" ]$ h L+ Q
伯努利方程式在工程上的应用极为广泛:流量测量、喷嘴设计、烟囱设计等。共性?' x' A8 j5 `' ?
( H M6 c5 s; [应用时:方程联解。 |
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