|
|
发表于 2007-7-24 11:35:56
|
显示全部楼层
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
, R5 A. [* `$ f% h4 H" x7 `( w一 、本课的基本要求; ~$ J- f1 M) ^9 @. D, l+ ^- [
! A* ?0 u7 E& Q! ?9 |' }0 p⒈了解欧拉方程的适用条件,伯努利方程微分式的物理意义。
3 B. h1 M! e' `- T' P
# U: j- t' e( C⒉掌握伯努利方程积分式的形式,适用条件,物理意义。. e6 l5 k$ Q2 T3 |/ g* e; t Z. ~
1 P' ~6 }% l4 \⒊掌握管流伯努利方程式的应用。
0 m5 h, {* k1 I
2 m3 Q$ |, U- Q$ u. U' J* ?二 、本课的重点、难点:$ ~" Z0 {" H4 h* w6 z( y
' D1 F7 z# E( a重点:管流伯努利方程式的应用。
2 K6 x9 [! p) t: A- H0 Q3 ^- ]" |) c( j0 h
难点:管流伯努利方程式的应用。
/ R- _1 t* s- ^& j* \) w4 I
, f! ]8 Z7 K5 j: `7 @; X1.3.3 理想流体动量平衡方程式--欧拉方程( Eular equations )( _: r! z, c- y: p
' I* l* g7 Y# A6 x' f
理想流体:没有粘性的流体, 。
, }$ S: s. U1 R$ `6 \6 x9 t1 H. z# ?& n6 j# G5 X
实际流体都具有粘性,提出理想流体的意义何在?简化:& `. Z! ~; L' R% R
& B/ U. d+ V+ n) H+ ?8 y& R/ N0 \
① 时, N-S 方程简化为欧拉方程 (1-3-12 a ) P36
4 D, |4 X: Q& u5 E! j4 Z2 W
8 W b1 c# k# U② 稳定流动, (1-3-12 b )
: J4 K8 @8 L i8 x+ ?- B$ Z3 @% q! o* N3 S
③ 单位质量流体 (1-3-12 c ): P7 X- q- L3 I8 D$ ?; r
9 U/ a8 |, W" q3 ~$ {% ~
- {) @; _+ B2 y$ Y% l( g
- v1 _/ b5 l6 c4 {- ?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 ) 。! K) k8 J- G/ ~4 D' i/ A& S
5 Q8 U0 L3 u4 Y
1.3.4 欧拉方程的简化 ¾ 伯努利方程( Bernoulli equations )" `9 W8 u. D- q- }' [2 o
' q. R& h5 S5 @$ ^⒈ 伯努利方程式的微分式
/ ], Y4 L0 u$ l' Q; l
7 N3 B! O/ ?5 \2 P. P% b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。1 S0 Q( A" f6 Q! F3 i! E" c0 E/ n. ]
' O4 @2 s+ K0 r# _7 M8 z) T V① 全微分 . Z; r, R8 K' I& Q0 `# e
$ ]7 u3 B# r* }' _2 \根据全微分的定义,在稳定流动下,有:
8 X% b7 E( ?8 J* [$ ]6 k3 E: X
. P* I8 G$ A% C0 m
# m+ _* v, j) ?/ x3 G4 P! o
% b K; I: a6 h3 A' m L" [- Q* V) l' x* m
) v! M1 K5 H2 z0 h `' z1 _; p: e' e+ H
7 o. y& n" ?& x0 f" v3 E
+ U1 `! ]5 n. W5 O. B: O2 ~" [
9 u/ i/ ^- P$ g2 J. ^9 ]: ^( P0 p0 ~7 `0 K, t( i
同时,
) C+ {, V( U8 e) h) J ?0 G# Y3 Q" [
则 ! E/ A( \; `% K8 a
$ B. c) y8 F/ X: R9 A' D
② ! I$ W8 \0 ^6 F! V
9 s) a6 q; Q) Z
$ t% B) a H9 O3 a# e: R
/ ?0 T8 y/ j5 k( W; u" t s则
! q- o/ D, X1 H% H) v; ^ o W
3 P; F8 R ^% J# G3 m1 K# v) R
) [' o- T6 B2 t
3 r8 q2 ? f* m. _. _7 K 1 g* m0 b3 Q, ^( f
# H$ ~2 M2 [! C7 t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。& ]& F* P3 {5 k
* k! V, c, f$ H/ F4 ^! y⒉ 伯努利方程式
6 G0 w8 I+ B' B8 P5 C O4 x; D; G4 [5 N; J6 x4 c
⑴ 方程式的导出4 f, `$ h1 f5 a D
/ f X( _/ q+ |' ?1 E! H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& o7 a& W: n+ S4 c+ r4 s3 H
5 q6 Z4 J& V- q- i; i9 j2 L
* R/ {+ n( _2 h( [
1 U2 m5 c2 L- r( N$ E# g, l7 d2 i或
# R+ I5 C5 I3 k9 }
- r" |8 c+ E5 q⑵ 方程式的讨论
$ `+ p, i8 @8 ^8 n/ m5 k9 k/ ~5 Z) _/ S3 D. ?/ S$ F
适用条件:理想流体、稳定流动,不可压缩流体、沿流线方向。
% {% z/ N) n v* P' i. f4 }
8 V' r5 `. ~ z物理意义:① 单位:机械能守恒定律的体现。
& {! ?6 B2 `; l
; S+ x8 O3 r+ l+ O D+ Y" T$ @0 s# U ② : S, M% i7 ?) M' J) r2 _3 z1 J
5 K" P2 Q; U" {9 p2 o g
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。
/ w2 t: m1 w# _/ O. C3 `$ s6 y, n$ A
% B7 m$ _+ c0 S0 D0 t⒊ 伯努利方程式在管流中的应用 图 1-3-8 P39) Q9 ?$ q" V5 T+ [, I. X1 f8 l
& d0 h3 C u3 T1 D4 y+ G
一般管流的伯努利方程为
8 y% A. U F# t$ c- N; d, I- Z0 x2 O4 @
限制条件:理想流体、稳定流动、不可压缩流体、沿流线方向。
' F ?: i* P5 f$ j9 O" O' o& W& h% ~! x3 e
对于实际流体:1 f4 O/ x3 o5 U
* ~ ~# k+ v3 g5 H& y3 h
8 ^ e) I6 z, {2 j9 h! |
6 i8 T k6 [; M: ?# _式中 --能量损失
; F. i# U9 h1 X9 G% K! v" Z! q3 U; R0 I% I& d, |4 R
& i, U% t j5 l0 P$ n
# m1 M% x3 A+ j1 U$ F7 g式中 -- Pa. 。
4 y2 U% _9 H/ S5 u6 V- l' u6 k, H& W. Y/ B
伯努利方程应用于管流时的几点说明:
. L; A7 z$ h; H7 x, ?& w, `3 ~
a. U: J! ?( ~" J" X* F! m2 Q⑴ 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。' W/ q5 S) b6 X; b1 r! S
& a: c5 n; p f+ s0 T+ v
⑵ 关于动能的计算
4 {, J$ i$ a5 t; }$ s
& u. B7 y+ z: u$ @% b; h# r6 K& M' F+ l6 m' f `- `% g
: z0 g& k- E, j式中 a --动能修正系数, 。
( f. w5 d4 o# ?' ]2 X4 E' E0 l: ^
实际管流的伯努力方程应为0 q" s* n) d. ]; r0 X |
4 e. l7 Y5 X- P
- E+ Y/ l% l3 |" d7 b x, Z/ L- E0 c
( b* ?; X. j$ k# A1 I⑶ 应用管流伯努力方程应注意:- g# {) p, A) k8 c, H0 B, i7 J
7 M/ X' @9 G4 {5 p6 p8 I5 G
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。2 i* u; c0 B- D& P. L! v3 M
3 O( N8 J& `. S* A6 B+ l, t9 N② 工程上大多数都是紊流, a » 1.0 。4 V- U" O% d1 h0 {% ^
+ w& k: I/ K! y# B; P# K
③ 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?% Z% ^5 H F, N* f' e
" s' S; }" v _% H' N( _9 c④ w1 、 w 2 、 r — 实际状况下。 实际状况下的流速、密度公式?; I9 I# ?, L. p; H1 C2 N8 C
. P' R% A8 k8 G% N& [9 e {
⑤ z1 、 z 2 取决于基准面。
, q b& [: t; F8 j0 j8 A9 o4 G" [
8 |# @/ w: v' }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?
3 E* g! p9 V7 N+ A# |. B6 O& Z/ u# [4 D
应用时:方程联解。 |
|