工程流體力學(xué)-第四章

第四章流體動(dòng)力學(xué)第一節(jié)理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程第二節(jié)實(shí)際流體總流柏努利方程第三節(jié)泵對(duì)液流能量的增加第四節(jié)動(dòng)量方程及其應(yīng)用第五節(jié)動(dòng)量矩方程及其應(yīng)用工程流體力學(xué)---第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)只研究流體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的變化規(guī)律以及各參數(shù)之間的關(guān)系，并不涉及運(yùn)動(dòng)參數(shù)與受力的關(guān)系。適合于理想流體，也適用于實(shí)際流體。流體動(dòng)力學(xué)是研究運(yùn)動(dòng)流體之間及流體與固體邊界之間的作用力，即研究流速、加速度與質(zhì)量力、壓力、粘性力之間的關(guān)系，要區(qū)分實(shí)際流體與理想流體。工程處理所有流體具有粘性粘性力<<其他力忽略流體的粘性實(shí)際流體→理想流體大大簡(jiǎn)化流動(dòng)模型，降低求解難度容易的出流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行粘性修正理想流體動(dòng)力學(xué)粘性流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)第一節(jié)理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程1、選取控制體：在所研究的運(yùn)動(dòng)流體中，任取一微小平行六面體，如圖所示。六面體邊長(zhǎng)分別為dx、dy、dz，平均密度為，頂點(diǎn)A處的壓強(qiáng)為p。一、歐拉運(yùn)動(dòng)方程2、受力分析質(zhì)量力：Xdxdydz,Ydxdydz,Zdxdydz表面力：設(shè)A點(diǎn)壓強(qiáng)為p時(shí)，則與其相鄰的ABCD、ADEH、ABGH三個(gè)面上的壓強(qiáng)均為p，而與這三個(gè)面相對(duì)應(yīng)的EFGH、BCFG、CDEF面上的壓強(qiáng)可由泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)略去二階以上無(wú)窮小量而得到，分別為則x、y、z軸向上的表面力分別為：則根據(jù)牛頓第二定律有：歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程式比較：歐拉平衡微分方程式其中加速度項(xiàng)可分解為時(shí)變加速度和位變加速度之和：歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式又可以表示為：說(shuō)明：（1）歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式描述了作用在理想流體上的力與流體運(yùn)動(dòng)加速度之間的關(guān)系；（2）是研究理想流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)，適用于所有的理想流體流動(dòng)；二、理想流體的柏努利方程第一項(xiàng)第二項(xiàng)第三項(xiàng)分別乘以流線上兩點(diǎn)坐標(biāo)的增量dx,dy,dz,相加得第一項(xiàng)：如果作用在流體上的質(zhì)量力僅有重力。且z軸垂直向上為正時(shí)第二項(xiàng)：第一項(xiàng)第二項(xiàng)第三項(xiàng)：由于穩(wěn)定流的流線與跡線重合，質(zhì)點(diǎn)沿流線運(yùn)動(dòng)流線上微元矢量（dx,dy,dz）與時(shí)間間隔dt所構(gòu)成的導(dǎo)數(shù)

流體質(zhì)點(diǎn)的速度第三項(xiàng)c值：不同的流線取值不同。柏努利方程式12同一流線或最小管束上的任意兩點(diǎn)柏努利方程式的適用條件：（1）理想不可壓縮流體；（2）質(zhì)量力只有重力；（3）沿穩(wěn)定流的流線或微小流速。

對(duì)于氣體，若管道兩截面間壓力差很小，如p1－p2≤0.2p1，密度ρ變化也很小，此時(shí)柏努利方程式仍可適用。計(jì)算時(shí)密度可采用兩截面的平均值，可以作為不可壓縮流體處理。當(dāng)氣體在兩截面間的壓力差較大時(shí)，應(yīng)考慮流體壓縮性的影響，必須根據(jù)過(guò)程的性質(zhì)（等溫或絕熱）按熱力學(xué)方法處理。柏努利方程式應(yīng)用于氣體時(shí)如何處理？四、柏努利方程式的意義（1）位置水頭（位壓頭）（位置高度），m流體質(zhì)點(diǎn)距某一水平基準(zhǔn)面的高度。（2）壓強(qiáng)水頭（靜壓頭）（壓強(qiáng)高度）,mp/(

g)得到的液柱高度。（3）速度水頭（動(dòng)壓頭）,m

（3）三者之和，稱為總水頭（總壓頭）1.幾何意義柏努利方程式的幾何意義：沿流線總壓頭為常數(shù)。工程流體力學(xué)---第二章流體靜力學(xué)上式也為單位重量流體能量守恒方程式2.物理意義（1）位置勢(shì)能（比位能）流體質(zhì)點(diǎn)距某一水平基準(zhǔn)面的高度z。（單位重量流體所具有的位置勢(shì)能）工程流體力學(xué)---第二章流體靜力學(xué)（2）壓力勢(shì)能（簡(jiǎn)稱壓能）p/(

g)得到的液柱高度(單位重力流體所具有的壓力勢(shì)能)。（3）動(dòng)能對(duì)單位重力流體所具有的動(dòng)能。（4）比勢(shì)能（總比能）工程流體力學(xué)---第二章流體靜力學(xué)柏努利方程式的物理意義：沿流線總比能為常數(shù)?？偙饶鼙砻鳎喝N形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換；總能量不會(huì)有所增減，即三項(xiàng)之和為一常數(shù)；單位質(zhì)量流體能量守恒方程式。式中——壓力降①②③柏努利方程幾種表達(dá)形式位能靜壓能動(dòng)能位頭壓力頭動(dòng)壓頭（速度頭）④注意Bernoulli方程的適用條件；重力場(chǎng)中，連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮流體。對(duì)可壓縮流體，若開(kāi)始和終了的壓力變化不超過(guò)20%，密度取平均壓力下的數(shù)值，也可應(yīng)用上式。流體靜止，幾點(diǎn)說(shuō)明：①注意式中各項(xiàng)的意義及單位；②三種形式機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換；③Bernoulli方程與靜力學(xué)方程關(guān)系；應(yīng)用①單位統(tǒng)一；②基準(zhǔn)統(tǒng)一；③選擇界面，條件充分，垂直流動(dòng)方向；④原則上沿流動(dòng)方向上任意兩截面均可。a)虹吸管在0-0和1-1面間列柏努利方程可得：位能→動(dòng)能虹吸管Apah110BpaH0

b)文氏管和噴射泵壓力能→動(dòng)能

1122p1文氏管u1p2u2理想流體能量分布Hz2210實(shí)際流體的能量分布OO23451fhgu22gpr0理想流體的能量分布11341250gprgu22z第二節(jié)實(shí)際流體總流的柏努利方程理想流體的柏努利方程式表明：總能比不變。實(shí)際流體的特點(diǎn)：（1）流體具有粘性，產(chǎn)生摩擦阻力損失；（2）某些局部管件引起的附加阻力流動(dòng)過(guò)程中有能量損失損失的機(jī)械能變?yōu)闊崮苌⑹?/p>

實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，沿流動(dòng)方向總比能應(yīng)該是逐漸降低

與實(shí)際流體不符一、總流的柏努利方程單位重力流體所損失的機(jī)械能在流體力學(xué)中稱為水頭損失，即流動(dòng)過(guò)程中總水頭的降低值。考慮到以上特點(diǎn)，實(shí)際流體沿微小流束的柏努利方程式可以表達(dá)為：流線或微小流束上1、2兩點(diǎn)間單位重力流體的能量損失，單位m。本節(jié)主要討論如何從流線或微小流束的柏努利方程推導(dǎo)出實(shí)際流體總流柏努利方程?？偭魇怯蔁o(wú)數(shù)微小流束組成任一微小流束上某點(diǎn)處單位重力流體質(zhì)點(diǎn)具有的能量：1.緩變流動(dòng)及其特性緩變流動(dòng)：流線間夾角很小，流線曲率很小，即流線幾乎是一些平行直線的流動(dòng)。緩變過(guò)流斷面：如果在流束的某一過(guò)流斷面上的流動(dòng)為緩變流動(dòng)，則稱此斷面為緩變過(guò)流斷面（緩變有效斷面）。緩變流動(dòng)具有以下兩條主要特性：（1）在緩變流動(dòng)中，質(zhì)量力只有重力。（2）在同一緩變過(guò)流斷面上，任何點(diǎn)上的靜壓水頭都相等。（3）緩變流的過(guò)流斷面可以看成平面。緩變流斷面壓力分布：說(shuō)明：（1）在同一個(gè)緩變流斷面各點(diǎn)的

；（2）不同斷面上則為不同常數(shù)。第一項(xiàng)第二項(xiàng)積分2.動(dòng)能修正系數(shù)第一項(xiàng)第二項(xiàng)積分=0很小，近似為零第一項(xiàng)第二項(xiàng)實(shí)際流體總流的柏努利方程式適用條件：（1）不可壓縮流體（=constant）；（2）穩(wěn)定流動(dòng)（3）只在重力作用之下（質(zhì)量力只有重力）；（4）沿流程流量保持不變(Q1=Q2=Q3)；（5）所選用的過(guò)流斷面必須是緩變過(guò)流斷面。實(shí)際流體總流的柏努利方程式與連續(xù)性方程聯(lián)立可解決許多工程實(shí)際問(wèn)題：（1）輸油、輸水、工藝物料管路系統(tǒng)的計(jì)算；（2）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算；（3）機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)的計(jì)算；（4）泵的吸入高度計(jì)算；（5）揚(yáng)程和功率的計(jì)算；（6）噴射泵以及節(jié)流式流量計(jì)的水力原理等等。應(yīng)用實(shí)際流體總流的柏努利方程式的注意事項(xiàng)：（1）實(shí)際流體總流柏努利方程不是對(duì)任何流動(dòng)都適用的，必須注意適用條件；（2）方程式的位置水頭（位壓頭）是相對(duì)而言，通常取兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)中位置較低的一點(diǎn)所在的水平面作為基準(zhǔn)面；（3）選取斷面時(shí)，盡可能使兩個(gè)斷面只包含一個(gè)未知數(shù)。兩個(gè)斷面的平均流速可以通過(guò)連續(xù)性方程求得，只要知道一個(gè)流速，就能算出另一個(gè)流速；（4）兩個(gè)斷面的壓力標(biāo)注必須一致，一般多用表壓；（5）方程中的動(dòng)能修正系數(shù)近似取1。1管道內(nèi)流體的內(nèi)壓強(qiáng)及壓強(qiáng)計(jì)的指示例4-1：如圖，一管路由兩部分組成，一部分管內(nèi)徑為40mm，另一部分管內(nèi)徑為80mm，流體為水。在管路中的流量為13.57m3/h，兩部分管上均有一測(cè)壓點(diǎn)，測(cè)壓管之間連一個(gè)倒U型管壓差計(jì)，其間充以一定量的空氣。若兩測(cè)壓點(diǎn)所在截面間的摩擦損失為260mm水柱。求倒U型管壓差計(jì)中水柱的高度R為多少為mm?二、實(shí)際流體總流的柏努利方程分析：求R1、2兩點(diǎn)間的壓強(qiáng)差柏努利方程式解：取兩測(cè)壓點(diǎn)處分別為截面1-1’和截面2-2’，管道中心線為基準(zhǔn)水平面。在截面1-1’和截面2-2’間列單位重量流體的柏努利方程。式中：z1=0，z2=0u已知代入柏努利方程式：因倒U型管中為空氣，若不計(jì)空氣質(zhì)量，P3=P4=P

2一般水力計(jì)算例4-2

一救火水龍帶，噴嘴和泵的相對(duì)位置如圖。泵的出口A點(diǎn)的壓力為1.96×105Pa(表壓)。泵的排出管斷面直徑為0.05m,噴嘴出口C的直徑為0.02m,水龍帶的水頭損失為0.5m，噴嘴水頭損失為0.1m。試求：噴嘴出口流速、泵的排量及B點(diǎn)壓力。3.確定容器間的相對(duì)位置例：如本題附圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中，高位槽中的液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為9.81×103Pa，進(jìn)料量為5m3/h，連接管直徑為φ38×2.5mm，料液在連接管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為30J/kg(不包括出口的能量損失)，試求：高位槽內(nèi)液面應(yīng)為比塔內(nèi)的進(jìn)料口高出多少？分析：

解：

取高位槽液面為截面1-1’，連接管出口內(nèi)側(cè)為截面2-2’,并以截面2-2’的中心線為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏努利方程式：高位槽、管道出口兩截面u、p已知求△Z柏努利方程式中：Z2=0；Z1=?

P1=0(表壓)；P2=9.81×103Pa(表壓）由連續(xù)性方程∵A1>>A2,將上列數(shù)值代入柏努利方程式，并整理得：3節(jié)流式流量計(jì)工業(yè)上常用節(jié)流式流量計(jì)有：孔板流量計(jì)、噴嘴、文丘里管流量計(jì)、內(nèi)錐式流量計(jì)?！净驹怼慨?dāng)管路中液體流經(jīng)節(jié)流元件（裝置）時(shí)，液流斷面收縮，在收縮處流速增加，壓力降低，使節(jié)流元件前后產(chǎn)生壓差。流量越大壓差越大。屬于恒截面，變壓頭流量計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量壓差來(lái)計(jì)算流量?？装辶髁坑?jì)文丘里管流量計(jì)噴嘴流量計(jì)內(nèi)錐式流量計(jì)幾種節(jié)流式流量計(jì)永久壓降損失的比較節(jié)流式流量計(jì)在管路中的安裝1.孔板流量計(jì)21RA1A0A2縮脈：流體截面的最小處(收縮斷面)。由1→2，u↑,p↓由2→3，u↓,p↑

流體通過(guò)孔板后，流速可回到原來(lái)的值，即流經(jīng)孔板前后流速不變，但靜壓卻沒(méi)有恢復(fù)到孔板前（截面1處）的數(shù)值，流體在流經(jīng)孔板克服流動(dòng)阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生的壓降無(wú)法復(fù)原，這部分壓降稱為永久壓力降。u01102233縮脈

R孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)正是利用流體通過(guò)孔板時(shí)流股截面變化引起動(dòng)能與靜壓能的轉(zhuǎn)化，由測(cè)量靜壓能的變化來(lái)確定流量。那么靜壓能變化如何測(cè)量？主要有兩種方法。角接法：測(cè)壓口在孔板兩側(cè)，盡可能接近孔板，通常在法蘭上。徑接法：兩測(cè)壓口分別在孔板上游1倍管徑處和下游0.5倍管徑處。

忽略流體從截面1-1流動(dòng)至孔口0-0的阻力損失，根據(jù)柏努利方程有：

考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正系數(shù)CD孔流系數(shù)若采用正U型管壓差計(jì)測(cè)量壓差，則：

u01102233縮脈

R孔板流量計(jì)

C0與哪些因素有關(guān)？

C0主要取決于管道流動(dòng)的Re1和面積比m

、測(cè)壓方式、孔口形狀、加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙度也對(duì)C0有影響。對(duì)以上情況都規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，C0=f(Re1,m)，其關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。安裝及優(yōu)缺點(diǎn)（1）安裝在穩(wěn)定流段，上游l>10d，下游l>5d；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝方便；（3）能量損失較大。適用場(chǎng)合：用于測(cè)量氣體和液體流量。2文丘里管將測(cè)量管段制成如圖所示的漸縮漸擴(kuò)管，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管。在距文丘里管開(kāi)始收縮處之前至少1/2管徑處設(shè)為上游取壓口，下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接U壓差計(jì)，就構(gòu)成文丘里流量計(jì)。收斂段喉部擴(kuò)散段

文丘里管收縮角通常為15o~25o，擴(kuò)大角一般為5o~7o。由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形成旋渦,故阻力小，永久壓力降僅占?jí)翰钭x數(shù)的10%左右。將孔板流量計(jì)的流量計(jì)算式中Co改為文丘里管的流量系數(shù)CV，即可用于文丘里管的流量計(jì)算：式中CV為文丘里管的流量系數(shù)，CV約為0.98~0.99；

Ao為文丘里管喉部面積，m2；為喉孔流速，m/s。

（1）由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔板大；（2）它對(duì)測(cè)量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。文丘里流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)文丘里流量計(jì)缺點(diǎn)（1）加工較難、精度要求高，因而造價(jià)高；（2）安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置。

孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)均是恒截面變壓差（變阻力）流量計(jì)。變阻力流量計(jì)是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一種恒壓差變截面的流量計(jì)——轉(zhuǎn)子流量計(jì)。組成：錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子原理：轉(zhuǎn)子上下的壓差與轉(zhuǎn)子的凈重力（重力與浮力之差）相等。3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)(主要是要與前面介紹的流量計(jì)作對(duì)比)一、結(jié)構(gòu)與原理二、流量方程轉(zhuǎn)子受力平衡在1-1′和0-0′截面間列柏努利方程0′1′10流體的浮力

動(dòng)能差

由連續(xù)性方程

CR——流量系數(shù)體積流量（1）特點(diǎn)：

恒壓差、恒流速、變截面——截面式流量計(jì)。討論：（2）刻度換算標(biāo)定流體：20℃水（＝1000kg/m3

）

20℃、101.3kPa下空氣（＝1.2kg/m3）CR相同,同刻度時(shí)式中：1——標(biāo)定流體；

2——被測(cè)流體。氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)三、安裝及優(yōu)缺點(diǎn)

（1）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出，

安裝支路，以便于檢修。（2）讀數(shù)方便，流動(dòng)阻力很小，測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度較高；（3）玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過(guò)程中玻璃容易破碎。法國(guó)塞納河4.測(cè)速管（皮托管，又名“空速管”，英文是PITOT

）皮托在1773年用一根彎成直角的玻璃管，測(cè)量了法國(guó)塞納河的流速。原理如圖所示，在液體管道某截面裝一個(gè)測(cè)壓管和一個(gè)兩端開(kāi)口彎成直角的玻璃管（皮托管），皮托管一端正對(duì)來(lái)流，一端垂直向上，此時(shí)皮托管內(nèi)液柱比測(cè)壓管內(nèi)液柱高h(yuǎn)，這是因?yàn)榱黧w流到皮托管入口A點(diǎn)受到阻滯，速度降為零，流體的動(dòng)能變化為壓強(qiáng)勢(shì)能，形成駐點(diǎn)A，A處的壓強(qiáng)稱為總壓，與A位于同一流線且在A上游的B點(diǎn)未受測(cè)壓管的影響，其壓強(qiáng)與A點(diǎn)測(cè)壓管測(cè)得的壓強(qiáng)相等，稱為靜壓。

空速管是飛機(jī)上極為重要的測(cè)量工具。

空速管是飛機(jī)上極為重要的測(cè)量工具。HVAC是Heating,VentilationandAirConditioning的英文縮寫,就是供熱通風(fēng)與空調(diào)工程R外測(cè)壓孔管口

內(nèi)管所測(cè)的是靜壓能p1/ρ和動(dòng)能之和，合稱為沖壓能，即

外管壁上的測(cè)壓小孔與流體流動(dòng)方向平行，故外管測(cè)的時(shí)是流體靜壓能p1/ρ。則有

壓差計(jì)讀數(shù)反映沖壓能與靜壓能之差，即

若該U型管壓差計(jì)的讀數(shù)為R，指示液的密度為，流體的密度為，則根據(jù)靜力學(xué)基本方程，可得當(dāng)被測(cè)的流體為氣體時(shí)，上式可化簡(jiǎn)為注：測(cè)速管測(cè)得的是流體的點(diǎn)速度。皮托管的安裝①測(cè)量點(diǎn)應(yīng)取在充分發(fā)展了的流動(dòng)管段，保證位于均勻流段，即測(cè)量點(diǎn)距管口或轉(zhuǎn)彎處l/L0>50d。②應(yīng)與流動(dòng)方向平行安置，保證管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。③測(cè)速管外徑d0<d/50。皮托管的優(yōu)、缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：誤差小，與實(shí)際值的誤差一般可在1%以內(nèi)；阻力小，適于測(cè)量大直徑氣體管道內(nèi)的流速。

缺點(diǎn)：不能直接測(cè)出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大才讀得準(zhǔn)確。5.射流泵(噴射泵)裝置（流動(dòng)流體的吸力）

射流泵又稱引射器，它是由一個(gè)收縮的噴管和另一個(gè)具有細(xì)徑的收縮擴(kuò)散管及真空室所組成，如圖5-13所示。自噴管射出的液流經(jīng)收縮擴(kuò)散管的細(xì)徑處，流速急劇增大，結(jié)果使該處的壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)而造成真空，如果在該處連一管道通至有液體的容器，則液體就能被吸入泵內(nèi)，與射流液體一起流出。6.水力坡度與水頭線沿流程單位管長(zhǎng)的水頭損失稱為水力坡度，用i表示。位置水頭壓力水頭流速水頭水頭損失單位：m水頭線示意圖水頭線的畫法（1）畫出矩形邊框；（2）根據(jù)各斷面的位置水頭畫出位置水頭線（對(duì)于管道，位置水頭線就是管道的軸線）；（3）根據(jù)水頭損失的計(jì)算結(jié)果畫出總水頭線（注意：管徑小處水力坡度一定要大于管徑大處的水力坡度）；（4）依據(jù)壓力水頭畫出測(cè)壓管水頭線（注意：測(cè)壓管水頭線與總水頭線的高度差必須能夠反映出流速水頭的變化情況；測(cè)壓管水頭線與位置水頭線之間的高度差必須能夠正確地反映出壓力水頭的變化情況）；（5）給出必要的標(biāo)注。變徑管的水頭線示意圖第三節(jié)泵對(duì)液流能量的增加

流體從低處→高處；低壓處→高壓處；所在地→較遠(yuǎn)處；需要對(duì)流體做功，增加流體的機(jī)械能。流體輸送設(shè)備（通用機(jī)械）：液體輸送設(shè)備

——

泵；氣體輸送設(shè)備——

通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或真空泵；作用：向輸油、輸水等系統(tǒng)輸入能量，補(bǔ)充所需機(jī)械能；用于流體的輸送或加壓。②日常生活中煤氣洗滌塔①工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中煤氣煤氣水孔板流量計(jì)泵水封填料塔水池根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)分類離心泵漩渦泵

混流泵軸流泵往復(fù)泵

轉(zhuǎn)子泵齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵

噴射泵、空氣升液泵、電磁泵單吸泵、雙吸泵單級(jí)泵、多級(jí)崩蝸殼式泵、分段式泵立式泵、臥式泵屏蔽泵、磁力驅(qū)動(dòng)泵高速泵單級(jí)泵、多級(jí)泵離心漩渦泵電動(dòng)泵蒸汽泵柱塞泵隔膜泵計(jì)量泵葉片式泵容積式泵其他類型泵泵通過(guò)泵的流量稱為泵的排量。泵使單位重力流體增加的能量通常稱為揚(yáng)程，用H來(lái)表示。一、帶泵的柏努利方程泵的揚(yáng)程計(jì)算式泵的揚(yáng)程等于前后兩斷面上的總比能差加上兩斷面的水頭損失。揚(yáng)程一詞的由來(lái)二、泵的功率泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)液流所做的功（或加給液流的能量）叫做泵的輸出功率，亦稱為泵的有效功率，N泵表示，單位為W（N﹒m/s）。泵的有效功率與排量和揚(yáng)程的關(guān)系習(xí)慣上把泵的輸入功率稱為泵的額定功率，由于輸入功是由軸輸入的，所以也稱之為軸功功率，以N軸表示?！纠?-4】確定輸送設(shè)備的有效功率

例：如圖所示，用泵將河水打入洗滌塔中，噴淋下來(lái)后流入下水道，已知道管道內(nèi)徑均為0.1m，流量為84.82m3/h，水在塔前管路中流動(dòng)的總摩擦損失(從管子口至噴頭進(jìn)入管子的阻力忽略不計(jì))為10J/kg，噴頭處的壓強(qiáng)較塔內(nèi)壓強(qiáng)高0.02MPa，水從塔中流到下水道的阻力損失可忽略不計(jì)，泵的效率為65%，求泵所需的功率。分析：求NeNe=WeWs/η求We柏努利方程P2=?塔內(nèi)壓強(qiáng)整體流動(dòng)非連續(xù)截面的選取？

解：取塔內(nèi)水面為截面3-3’，下水道截面為截面4-4’，取地平面為基準(zhǔn)水平面，在3-3’和4-4’間列柏努利方程：將已知數(shù)據(jù)代入柏努利方程式得：

計(jì)算塔前管路，取河水表面為1-1’截面，噴頭內(nèi)側(cè)為2-2’截面，在1-1’和2-2’截面間列柏努利方程。式中：將已知數(shù)據(jù)代入柏努利方程式泵的功率：伯努利簡(jiǎn)介

丹·伯努利（DanielBernoull，1700—1782）：瑞士科學(xué)家，曾在俄國(guó)彼得堡科學(xué)院任教，他在流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、微分方程和概率論等方面都有重大貢獻(xiàn)，是理論流體力學(xué)的創(chuàng)始人。

伯努利以《流體動(dòng)力學(xué)》（1738）一書著稱于世，書中提出流體力學(xué)的一個(gè)定理，反映了理想流體（不可壓縮、不計(jì)粘性的流體）中能量守恒定律。這個(gè)定理和相應(yīng)的公式稱為伯努利定理和伯努利公式。他的固體力學(xué)論著也很多。他對(duì)好友歐拉提出建議，使歐拉解出彈性壓桿失穩(wěn)后的形狀，即獲得彈性曲線的精確結(jié)果。1733—1734年他和歐拉在研究上端懸掛重鏈的振動(dòng)問(wèn)題中用了貝塞爾函數(shù)，并在由若干個(gè)重質(zhì)點(diǎn)串聯(lián)成離散模型的相應(yīng)振動(dòng)問(wèn)題中引用了拉格爾多項(xiàng)式。他在1735年得出懸臂梁振動(dòng)方程；1742年提出彈性振動(dòng)中的疊加原理，并用具體的振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；他還考慮過(guò)不對(duì)稱浮體在液面上的晃動(dòng)方程等。

題目有一直徑緩慢變化的錐形水管（如圖1所示），斷面1-1處直徑，中心點(diǎn)A的相對(duì)壓強(qiáng)為7.2，斷面2-2處直徑，中心點(diǎn)B的相對(duì)壓強(qiáng)為6.1，斷面平均流速，A、B兩點(diǎn)高差為1米。試判別管中水流方向，并求1、2兩斷面間的水頭損失。解題步驟解：首先利用連續(xù)性方程求斷面1-1的平均流速。

因水管直徑變化緩慢，斷面1-1及2-2水流可近似看作漸變流，以過(guò)A點(diǎn)水平面為基準(zhǔn)面分別計(jì)算兩斷面的總能量。兩斷面的水頭分別為

解題步驟

因

所以管中水流應(yīng)從A流向B

水頭損失題目圖2所示為測(cè)定水泵揚(yáng)程的裝置。已知水泵吸水管直徑為200mm，壓水管直徑為150mm，測(cè)得流量為60。水泵進(jìn)口真空表讀數(shù)為4m水柱，水泵出口壓力表讀數(shù)為2at（工程大氣壓）。兩表連接的測(cè)壓孔位置高差h=0.5m。問(wèn)此時(shí)水泵的揚(yáng)程為多少？

解題步驟解：選真空表所在的管道斷面為1-1，壓力表所在的管道斷面為2-2，均符合漸變流條件。選1-1斷面為基準(zhǔn)面，寫1-1斷面和2-2斷面的能量方程。因兩個(gè)斷面之間有水泵做功，應(yīng)選用有能量輸入的方程?？紤]斷面1-1和2-2位于水泵進(jìn)出口，它們之間的能量損失，只是流經(jīng)水泵的損失，已考慮在水泵效率之內(nèi)，故，則能量方程可寫成：解題步驟式中

即流速水頭計(jì)算如下：

則解題步驟代入能量方程，得水泵揚(yáng)程

[例5]

如圖所示管流，已知H、d、hW，試求通過(guò)流量Q，并繪制總水頭線和測(cè)壓管水頭線。[解]據(jù)1→2建立總流的伯努利方程，有得在H、d不變情況下，若欲使Q增加，可采取什么措施？討論在理想流體情況下，hw=0，則Qd總水頭線測(cè)壓管水頭線第四節(jié)動(dòng)量方程及其應(yīng)用連續(xù)性方程柏努利方程兩個(gè)重要的方程解決許多實(shí)際問(wèn)題不能解決工程實(shí)際中需要計(jì)算流體與固體相互作用的力動(dòng)量方程提供流體與固體相互作用的動(dòng)力學(xué)規(guī)律一、穩(wěn)定動(dòng)量方程動(dòng)量方程運(yùn)動(dòng)定理用于運(yùn)動(dòng)流體所得的數(shù)學(xué)關(guān)系式。動(dòng)量定理在某一瞬時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于作用在該系統(tǒng)上的合外力。如圖：（1）穩(wěn)定流動(dòng)（2）11221圍成的空間是一個(gè)控制體（3）t時(shí)刻占據(jù)控制體的流體為系統(tǒng)（4）dt時(shí)刻后，控制體不動(dòng)，系統(tǒng)移動(dòng)到新的位置（5）如圖，得到三個(gè)空間Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ物理意義：在一元穩(wěn)定流動(dòng)中，作用在控制體上的合力等于單位時(shí)間內(nèi)流出與流入控制體的流體的動(dòng)量差。一元穩(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)量方程一元穩(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)量方程的分量形式適用范圍:(1)恒定流、不可壓縮流體;(2)僅適用于一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的控制體。對(duì)于有多個(gè)進(jìn)出口的控制體，動(dòng)量方程為：說(shuō)明：Q的正負(fù)號(hào)與連續(xù)性方程中的規(guī)定相同，即流出為正，流入為負(fù)。穩(wěn)定流動(dòng)的動(dòng)量方程的特點(diǎn)：（1）在計(jì)算過(guò)程中只涉及控制面上的運(yùn)動(dòng)要素，而不必考慮控制體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)；（2）作用力與流速都是矢量，故動(dòng)量方程是一個(gè)矢量方程。問(wèn)題：一水平放置的彎管，管內(nèi)流體密度ρ，流量Q，進(jìn)出口管徑為d1、d2，d1處壓強(qiáng)為p1，彎管旋轉(zhuǎn)角θ，不計(jì)流動(dòng)損失，求彎管所受流體作用力解：a.取1-1、2-2斷面間內(nèi)的流體為控制體b.畫控制體的受力圖：c.連續(xù)性方程：

p1A1、p2A2、R→Rx，Ryv1A1=v2A2v1v2θp1p21122αRxRyR二、動(dòng)量方程的應(yīng)用1.液流對(duì)彎管的應(yīng)用f.解出Rx、Ryg.由牛頓第三定律，彎管受力F與R大小相等，方向相反e.動(dòng)量方程v1v2θp1p21122αRxRyRd.能量方程（z1=z2=0）：注意：1.如考慮水頭損失，只要在能量方程中考慮；2.動(dòng)量方程是矢量式，分量式中要考慮符號(hào)的正負(fù)；3.牛頓第三定律

[例題]有一沿鉛垂放置的彎管如圖3所示，彎頭轉(zhuǎn)角為90°，起始斷面1-1與終止斷面2-2間的軸線長(zhǎng)度L為3.14m，兩斷面中心高差Δz為2m，已知斷面1-1中心處動(dòng)水壓強(qiáng)

為117.6，兩斷面之間水頭損失為0.1m，管徑d為0.2m。試求當(dāng)管中通過(guò)流量Q為0.06時(shí)，水流對(duì)彎頭的作用力。

解題步驟（2）求斷面2-2中心處動(dòng)水壓強(qiáng)解：（1）求管中流速

以斷面2-2為基準(zhǔn)面，對(duì)斷面1-1與2-2寫能量方程于是將代入上式得（3）彎頭內(nèi)水重（4）計(jì)算作用于斷面1-1與2-2上動(dòng)水總壓力（5）對(duì)彎頭內(nèi)水流沿x、y方向分別寫動(dòng)量方程式令管壁對(duì)水體的反作用力在水平和鉛垂方向的分力為及，沿x方向動(dòng)量方程為沿y方向動(dòng)量方程為得得管壁對(duì)水流的總作用力作用力R與水平軸x的夾角

水流對(duì)管壁的作用力與R大小相等，方向相反。問(wèn)題：水從噴嘴噴出流入大氣，已知D、d、、v2，求螺栓組受力解：（a）取1-1、2-2斷面間的水為控制體（b）受力圖p1A1，F(xiàn)注意：（1）p2=0；（2）螺栓是作用在管壁上，不是作用在控制體內(nèi)，千萬(wàn)不可畫！dDv2v1p1F11222.螺栓組受力（d）能量方程（e）動(dòng)量方程（f）解出F（g）由牛頓第三定律，螺栓組受力F’與F大小相等、方向相反（c）連續(xù)性方程dDv2v1p1F11223.液流對(duì)彎管的應(yīng)用射流問(wèn)題的假設(shè)：（1）控制體內(nèi)液流的能量損失hw=0(控制體內(nèi)的流程很短)；（2）水平射流與壁面在接觸后，射流只改變方向不改變大??；（3）由于壁面的對(duì)稱性，水平射流的作用力R平行于射流方向。【例】試求圖中所示射流對(duì)曲面的作用力?！窘狻?/p>