|
|
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
6 j; ?) v, i. G' w+ R2 L d一 、本课的基本要求# P G: C1 ]' _& g' \4 o
: n! n& M j& s, L⒈了解欧拉方程的适用条件,伯努利方程微分式的物理意义。
" R; h7 {0 R+ a! O N6 _* T4 I+ U8 u( J, ~, T( O
⒉掌握伯努利方程积分式的形式,适用条件,物理意义。1 v9 A# g+ Y# `9 }
3 l. W/ K2 P$ G4 g0 N; A7 ^
⒊掌握管流伯努利方程式的应用。6 r" ~6 e Z r: ?) C
) i+ I! F3 f6 E, e二 、本课的重点、难点:* [5 F2 c! o9 j4 m
2 a3 Y+ q8 H) @+ Y8 ?- D8 T; T
重点:管流伯努利方程式的应用。, V v- a5 k$ B9 d, h% N
. c6 ^8 o7 s: b9 S+ Y
难点:管流伯努利方程式的应用。
1 f$ w! n' j; `3 D6 ` I: I0 O: D+ S4 A# B" N
1.3.3 理想流体动量平衡方程式--欧拉方程( Eular equations )
) A& A. z! {2 }; p6 ^# r/ Q# {/ F: Q3 P' l+ w. W- X! F
理想流体:没有粘性的流体, 。( R' }3 [! k7 B$ g$ V) T( Z
L; K% z( M! K' n
实际流体都具有粘性,提出理想流体的意义何在?简化:
6 X) ^& G" P/ b- c* J, V0 }' R; I4 U# W* l) g( H7 }' ^7 T
① 时, N-S 方程简化为欧拉方程 (1-3-12 a ) P36
- O7 t. i! R9 ^4 Z
' {3 i& H. T; @/ \+ Q5 p2 q② 稳定流动, (1-3-12 b )8 q- S* u, P) I8 j2 j; Y
c& I; V, d! h% s
③ 单位质量流体 (1-3-12 c )2 _0 _$ g4 _. j$ S& K1 p9 X2 V; u
# L" s; I: F4 i$ [& i$ {) q4 h0 @ 3 M! ` F5 `0 O5 }/ g
i6 i# v$ }5 d$ f; T! R3 b; A/ r f8 v
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 ) 。; H! K) g' @/ r
* T; A4 s1 H4 \: [1.3.4 欧拉方程的简化 ¾ 伯努利方程( Bernoulli equations )# O; r( X" [% a% v5 w1 H
! X1 x8 f6 N* e. O
⒈ 伯努利方程式的微分式, W" k4 I8 b' y& W6 r/ V
# W/ A* i; E% M8 s, J6 l" w# g/ @
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。
8 w T2 T" O D+ f9 `+ L" j8 S
& F; O0 s) N; j① 全微分
( _; L9 {# K6 \8 A( G/ d8 J- n5 R
* L8 P' N- n0 B* k0 p根据全微分的定义,在稳定流动下,有:+ a, K& N4 x/ v( N# [
y. \% @; o$ P/ u 7 U: I/ B! f7 L% ]( Y5 |$ f( E
( w! Z3 [* u$ n7 |, V2 A. C" L
6 V8 U, M* B6 \4 h1 j
. {0 O" a- ]/ q5 {" U) \6 e% [' C7 G
' i) v8 B3 X' G3 N
, Q' e7 i9 L e
' e3 }; ?, M& V! H$ X( V+ R/ p- @/ @/ Y) w5 L! X
/ p; [/ p, K' K, i; `1 G% Y
3 s+ J& O2 _; w' B! Q' I
同时, 9 l3 f0 ]( t- q" I X& F/ S- v
4 W9 Y5 T0 ]& Y+ n
则 " w' M- b, Z# ]% Y. A6 G" D, }5 ^+ e
: m5 M, |6 I. ^3 \
②
T7 P( K- @' ~5 `9 \ @% ~6 v
+ `8 [( O; \5 |
+ K& B' _% g& {) ^3 Z- W0 s* D m2 k8 d# C6 l! O
则
" {( C& K. m) G
9 B2 s, H4 R" N! s6 a* H/ t
2 P. B- a' i, e' u
& L! h5 m9 d7 c % w4 Q5 S5 K. o( s
+ \+ }/ K. m0 P$ @2 U' r3 M0 ~3 d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。
t$ l: e" }4 P$ `5 ~ G$ n E3 {6 H6 s. B8 L
⒉ 伯努利方程式
8 s6 i) r5 a7 ?" E, X% r' R9 ^4 X
, R9 F( q! H# r# @4 i6 {- a⑴ 方程式的导出7 Y( D) B% ^4 r: I
0 U8 ~! a3 [; J" a/ o4 I
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 P382 k" a1 n; f+ i" I" P" L5 ]
7 E( W. x0 ^( N) @- }. U: ]5 [
+ W$ q6 R- A( y- U* t- Z
! o Q* h1 i1 u" e1 A/ N# z或
0 } q( R- {6 {5 [: l) B1 t( v6 G# M! H9 y! _
⑵ 方程式的讨论
- R& [8 E+ Z7 g. `2 b S O8 [. a1 Q; e! T) N# `1 }
适用条件:理想流体、稳定流动,不可压缩流体、沿流线方向。
: n4 g6 Q7 q! F2 X G A
# M1 s) @. _/ H! B物理意义:① 单位:机械能守恒定律的体现。. C& b" M+ A4 k R5 W# T* f1 I% @" i! t$ z
2 h* D9 S$ X' E4 g: ^ ② & H! }, n3 W. ^- s6 h
1 d" i, d* g/ J/ i1 H0 b9 h' L
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。
' v" @; j. v& o2 h# c) r; ~. c! k7 l9 |# x% h
⒊ 伯努利方程式在管流中的应用 图 1-3-8 P39: P; b1 m1 Z! A
5 Q( z) O" @# J# t X: V一般管流的伯努利方程为 : Z% c1 ~+ }% g! L, y6 O. ~
: u# w, d: d! f; Y6 _4 X% {. m6 v7 `
限制条件:理想流体、稳定流动、不可压缩流体、沿流线方向。1 Y$ o) |/ N$ K+ a* A
" n& C t7 c, p5 b
对于实际流体:
# Q( i, j' W4 K1 `
$ \% J# j3 I7 g, O
9 {6 B! Q: p- y9 n5 \/ o& K6 v& t% E' T( R
式中 --能量损失
2 [0 a7 }! M0 |4 S, `& G( ^
- h$ y8 L( b- ]0 U
' W/ O1 [/ C8 z' e) x4 \3 V
2 b0 C) y7 S7 v6 g- U式中 -- Pa. 。* ?9 R8 V, V, l6 @; |/ z7 I
0 x/ |8 h# Y2 j伯努利方程应用于管流时的几点说明:
1 M2 x5 H3 N; F0 u- z1 M* \8 u8 `9 I8 i8 }4 _5 b
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。# ~' r% i `6 e. [# i: m- G
7 U, J# R0 S1 }. }4 y! Q: ]
⑵ 关于动能的计算; }2 t5 F, }- F7 I7 k4 {0 E
" C+ x9 P9 X! H' C( r
$ s3 f; K$ { ]9 R {- {3 r& r8 n
: H7 a' c. x8 w式中 a --动能修正系数, 。0 U$ {' U3 J4 H& }8 k
- z& [$ J' A$ F4 g. v实际管流的伯努力方程应为
! [! a: L5 Z( g% H' H2 A7 `
g) H2 o$ O Y/ U9 D
1 f) r: {# E5 _: O" T7 P1 ]* i
. C' `1 {4 T& H$ A: t⑶ 应用管流伯努力方程应注意:/ R8 c' y3 W+ x% j
) n( X7 e* X$ r8 R7 p: b① 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。4 {# l2 [4 O4 R( f( L" n
3 Q9 N0 K; F& E4 M' J② 工程上大多数都是紊流, a » 1.0 。
- \9 p4 P, y/ q2 D G, h" L* M" D3 }$ p: Z* p0 j% u5 h
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?) ?& B+ V5 F* d, d. n8 t5 F
( ?: g+ ?; ]+ [( W2 w9 I7 P: k④ w1 、 w 2 、 r — 实际状况下。 实际状况下的流速、密度公式?' ]( v7 Z. j& I& P5 L
. l! F' i# W# ~9 Y' {
⑤ z1 、 z 2 取决于基准面。
, [8 v4 X: u' y* q" d3 n/ k; X+ N# f. S
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?
: L% e H4 f/ u( C+ @) j0 G7 V+ V, c: Y: l
应用时:方程联解。 |
|