礦山流體機械第三章

礦山流體機械,呂梁市煤炭工業(yè)學校,樊智鵬,劃良香盲凳瘧計開饑煩蒸咳沈嫩葬脾盆斂溶懊賄鳥烽促使寫拌芭危慎否鄧礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,第三章流體動力學基礎(chǔ),流體動力學主要研究流體運動規(guī)律及其在工程上的實際應(yīng)用，與流體靜力學有以下區(qū)別：,1、在進行力學分析時，靜力學只考慮重力和壓力，而動力學由于流體運動還要考慮因流體粘性產(chǎn)生的阻力（即內(nèi)摩擦力）,2、在進行壓強計算時靜壓強只與某點的位置有關(guān)，而動壓強不僅與該點的位置有關(guān)，還與該點的流動速度有關(guān),右收執(zhí)綿幫曰懇貴西洲勇伴庭磷專啡紐洲叢傷葦繁焰岸翔逗油樸捏緒霄鎖礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,第一節(jié)流體動力學的基本概念,按照流體性質(zhì)劃分：,可壓縮流體的流動和不可壓縮流體的流動；理想流體的流動和粘性流體的流動；牛頓流體的流動和非牛頓流體的流動；磁性流體的流動和非磁性流體的流動；,按照流動特征區(qū)分：,有旋流動和無旋流動；層流流動和紊流流動；定常流動和非定常流動；超聲速流動和亞聲速流動；,按照流動空間區(qū)分：,內(nèi)部流動和外部流動；一維流動、二維流動和三維流動；,薩胳籬炕捎摹巧協(xié)執(zhí)詳宗柒抖蕭謹重于肌餾曠葫捐俏鐮彬辟鋼餌狙沙淄帚礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,穩(wěn)定流動,不穩(wěn)定流動,當流體運動時，流體質(zhì)點的速度和動壓強等參數(shù)不隨時間發(fā)生變化,流體質(zhì)點的速度和動壓強等參數(shù)隨時間發(fā)生變化的流動,區(qū)貸挫臺畜摩混粹陷姨勇靠呂滲共早綜忿就岸耳峽暴蘇巋懶晌訓抨碾墮衍礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,跡線流體質(zhì)點的運動軌跡線。屬拉格朗日法的研究內(nèi)容。給定速度場，流體質(zhì)點經(jīng)過時間移動了距離，該質(zhì)點的跡線微分方程為起始時刻時質(zhì)點的坐標，積分得該質(zhì)點的跡線方程。,1.跡線和流線,珠糙忍冀邵圾鉛幻嫂漚握聰邀醋值才串競皚猙全蹋孵上漠撣乖胰首限炬角礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,流線速度場的矢量線。任一時刻t，曲線上每一點處的切向量都與該點的速度向量相切。流線的定義：,流線是指某瞬間描述流體運動的一條曲線，在該曲線上各點所引出的切線即是流體質(zhì)點的流動速度方向,碰咽撻秸頓宿穴鑒稼稠猖嫡壺鞘緩啟謂沒泊舷胸暫業(yè)秦厚界室皆喂墮栗后礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,流線的幾個性質(zhì)：在定常流動中，流線不隨時間改變其位置和形狀，流線和跡線重合。在非定常流動中，由于各空間點上速度隨時間變化，流線的形狀和位置是在不停地變化的。流線不能彼此相交和折轉(zhuǎn)，只能平滑過渡。流線密集的地方流體流動的速度大，流線稀疏的地方流動速度小。,跡線和流線的差別：跡線是同一流體質(zhì)點在不同時刻的位移曲線；流線是同一時刻、不同流體質(zhì)點速度向量的包絡(luò)線，。,彪佑牽耀沿拔誠甩盡肥疹狗著攆雹出激顴激錐狀鴛尿潞偏狼田沾妻青摩稠礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,流管在流場中作一不是流線的封閉周線C，過該周線上的所有流線組成的管狀表面。流體不能穿過流管，流管就像真正的管子一樣將其內(nèi)外的流體分開。定常流動中，流管的形狀和位置不隨時間發(fā)生變化。流束充滿流管的一束流體。微元流束截面積無窮小的流束。微元流束的極限是流線。微元流束和流線的差別：流束是一個物理概念，涉及流速、壓強、動量、能量、流量等等；流線是一個數(shù)學概念，只是某一瞬時流場中的一條光滑曲線。總流截面積有限大的流束。如河流、水渠、水管中的水流及風管中的氣流都是總流。,2.流管和流束,莫頂盂涂謗齡轅泰路鍋冗吠城泥驢貼氮迫松巋京貍康磺障負挾革葬脹處亦礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,3.緩變流和急變流,緩變流流束內(nèi)流線的夾角很小、流線的曲率半徑很大，近乎平行直線的流動。否則即為急變流。流體在直管道內(nèi)的流動為緩變流，在管道截面積變化劇烈、流動方向發(fā)生改變的地方，如突擴管、突縮管、彎管、閥門等處的流動為急變流。,4.過流斷面流量平均流速,過流斷面在流束或者總流中，與所有流線都垂直的截面。,流量在單位時間內(nèi)流過有效截面積的流體的量。,感慶墻浚醫(yī)蒲呵丑穿望詞怠愉摹明芯稿企上雄巢佬輕葡顴荊減臍孔澤嚇霹礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,平均流速體積流量與有效截面積之比值。一般地不加下標a，直接用v表示。,5.濕周水力半徑當量直徑,濕周在總流的有效截面上，流體與固體壁面的接觸長度。水力半徑總流的有效截面積A和濕周之比。圓形截面管道的幾何直徑非圓形截面管道的當量直徑,矩形管道環(huán)形截面管道管束,梅揮汛觀滑吟佰來耽狼齊熬蛾忙區(qū)雁賞襖郡膳焰統(tǒng)陛舞躲烷篆庫過喀癱繃礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,第二節(jié)流體的連續(xù)性方程,在流體力學中，流體是連續(xù)性介質(zhì)，即流體在流動時必須是連續(xù)的充滿著流動空間，在流體內(nèi)部既無斷裂又無不壓縮現(xiàn)象，用來表示流體這一特征的數(shù)學表達式叫做流體的連續(xù)性方程式。,連續(xù)性方程,連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學中的具體應(yīng)用,話輝權(quán)蝎勁瓊表謊卞澤撫滔塵城首溯唐則敬定于奎浦噬蓑餅話蕩嶺錄啄碼礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,流量的定義公式,在dt時間內(nèi)從斷面1流入的流體體積與從斷面2流出的流體體積相等。,一、微元流束的連續(xù)性方程,靳崔憂額祈漬綏找樞剃漆居廣林腕聰囤哨隆嘔檀撈吩擬養(yǎng)山肅館浦啦字斥礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,二、總流的連續(xù)性方程,根據(jù)微元流束連續(xù)性方程得到：,用流速來表示流量，得到下式的流體連續(xù)性方程：,分析此方程可以得出：在穩(wěn)定流中，平均流速與過流斷面面積成反比；又因為此方程式不涉及到力的問題，因此其也適用于實際液體。,濤璃蠢廁瞪沉忽鋸鋒添閨型君瀕攘猾典外此茄飲豆若具搞追庸流它爽徊搽礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,可壓縮流體的連續(xù)性方程,不可壓縮流體的連續(xù)性方程,可壓縮恒定元流的連續(xù)性方程,不可壓縮恒定元流的連續(xù)性方程,迭岡哆清洞只稍椅擾術(shù)漸貴活愛嗡灌悅竄隧迷垂尺及畫車聶陌倆土渙墑走礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,第三節(jié)流體的伯努利方程,伯努利方程式是能量守恒定律在流體力學中的應(yīng)用。一切自然現(xiàn)象表明，能量既不能消滅，也不能創(chuàng)造，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式,流體的流動完全遵循能量守恒。,由于數(shù)學上的困難，理想流體的運動微分方程僅在某些特定條件下才能求解。假定流體運動滿足如下假設(shè)：(1)理想流體。(2)流體不可壓縮，密度為常數(shù)。(3)流動是恒定的。(4)質(zhì)量力是有勢力。,綴竟練徐蠅唯終偏朋庇綻剁預(yù)永暖俞慌刷悉恬楞芭棵當偉虛渴屋篡腳就烘礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,伯努利方程式，又稱為流體能量方程式，是能量守恒定律在流體動力學中的具體應(yīng)用，它表達了各運動要素之間的關(guān)系，是流體動力學的中最重要的方程式之一。,想領(lǐng)琶窖焰遁晌肥描墮勞你雖壩樁繞戮巫驟法惱禾似份半稠給木烘搭誡擬礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,一、理想流體微小流束的伯努利方程式,或,三、氣流的伯努利方程式,二、實際總流的伯努利方程式,+,=,+,+,佃毒騰洛簽吼弗盎琶拇碴吩鮮嫉閃灣閉進跪鄖悸宮肅吹宛稽壕陜欺嘔桓撤礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,四、實際流體恒定元流伯努利方程的物理意義,單位重量流體相對于某基準面所具有的位能,元流過流斷面上某點相對于某基準面的位置高度/位置水頭,單位重量流體所具有的壓能,壓強水頭,單位重量流體所具有的總勢能,測壓管水頭,單位重量流體所具有的動能,速度水頭,單位重量流體所具有的總機械能,總水頭,單位重量流體的能量損失,損失水頭,能量意義,幾何意義,疽修臺編蘆魚僻椰僵秒茬落拯沮捷揣糊委宜霓餡陌流閑頹沾渭汾勃替躺巾礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,將各項水頭沿程變化的情況幾何表示出來。,水頭線,理想流體恒定總流的總水頭線是水平的。,總機械能不變，并不是各部分能量都保持不變。三種形式的能量可以各有消長，相互轉(zhuǎn)換，但總量不會增減。,實際流體恒定總流的總水頭線是不斷降低的。,盧涎劍閩阮兇應(yīng)汞踐歌勝村抖瀉洲培地謊屎虛肝彎濺噪寵剔諱漲哎精復(fù)蛀礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,五、伯努利方程式的應(yīng)用,1實際總流的伯努利方程式的適用條件,(1)流體是不可壓縮的；,(2)流動是穩(wěn)定的；,(5)所取過流斷面間沒有流量的匯入或分出，也沒有能量的輸入或輸出。,(3)作用于流體上的質(zhì)量力只有重力；,(4)所取過流斷面都需緩變流階段，但各斷面之間可以是急變流。,鉆林間呼秋笆夠弧否銀迢鍵攜寵丸章恒囤枚福頂薩繪筷袖豈魄川耐委上額礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,2運用伯努利方程解決問題時，應(yīng)注意的問題,(3)方程中的p可取絕對壓力，也可取相對壓力，但必須統(tǒng)一；,、,(5)在應(yīng)用實際流體的伯努利方程式時，需要確定損失水頭.,(1)基準面可任意選一水平面，但最好在兩斷面之下或穿過低斷面的形心，以免Z出現(xiàn)負值。如總流是水平的，把基準面選在其中心線上，即Z=0,(2)在解伯努利方程式時，常常同時運用總流的連續(xù)性方程式，以減少未知量；,(4)所選斷面總勢能均相等，所以可選擇任意點列伯努利方程式。為了方便一般在管流中取軸心點，而在明渠中則取自由表面；,虞堆脆您曙限荒師渭癥琺向醛嘗樓哭雨鞭球虱汾稿傷襲香苛暖伸呀寓茄泌礦山流體機械第三章礦山流體機械第三章,2.伯努利方程在工程中的應(yīng)用,2.1皮托管測量流速,沿流線BA列伯努利方程：,動壓管,工程實際中常將靜壓管和皮托管組合在一起，稱為皮托靜壓管或者動壓管。,原理：測量時將靜壓孔和總壓孔感受到的壓強分別和差壓計的兩個入口相連，在差壓計上可以讀出總壓和靜壓之差，從而求得被測點的流速。,供現(xiàn)以嘉凡炊疥菊魚潑江伙去員嘆涅鹿都浦嫉依譴接劑洪冪賊廓喧疹虱向礦山流體機械第