8.2.2 液体动力学基础(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（人民邮电版）

8.2.2 液体动力学基础 1．几个基本概念 2．流体的流动状态 3.流体的质量守恒定律-连续性方程 4 .伯努利方程 5.液流动量方程 6．液体流动时的压力损失 1．几个基本概念 （1）理想流体。理想流体是一种假设的流体，它既无黏性也不可压缩。 （2）恒定流动与非恒定流动。恒定流动就是流体在流动时，流体中任一点的速度、压力、密度均不发生变化。所以它又称为稳定流动、定常流动、非时变流动。否则就称为非恒定流动。 （3）迹线和流线。迹线指流体质点的轨迹线。而流线指流体流动的某一瞬间一条标志各质点运动状态的曲线，如图8-6（a）所示。流线上各点瞬间的流向均与该点的切线相重合，所以流线既不相交也不发生转折，它是光滑的曲线。在恒定流动时流线的形状不随时间而改变。迹线与流线比较，前者是同一质点不同时刻的轨迹，时间是其参变量；后者是同一瞬间不同质点的运动状态。但是在恒定流动时，迹线与流线重合。 1．几个基本概念 （3）迹线和流线。迹线指流体质点的轨迹线。而流线指流体流动的某一瞬间一条标志各质点运动状态的曲线，如图8-6（a）所示。流线上各点瞬间的流向均与该点的切线相重合，所以流线既不相交也不发生转折，它是光滑的曲线。在恒定流动时流线的形状不随时间而改变。迹线与流线比较，前者是同一质点不同时刻的轨迹，时间是其参变量；后者是同一瞬间不同质点的运动状态。但是在恒定流动时，迹线与流线重合。 1．几个基本概念 （4）流束和通流面积。在流场中任画一封闭曲线，只要该曲线不是流线，经过曲线上每一点的流线组成的管状表面称为流管，如图8-6（b）所示外围所形成的管状体。流管内所有流线的总和称为流束，如图8-6（b）所示。 通流面积指与流束所有迹线正交的截面，它可能是平面，也可能是曲面，如图8-6（c）所示。 1．几个基本概念 （5）流量和界面平均流速。 设元流通流截面各点流速为u，根据流量的定义有dQ=udA。通过该通流截面上的流量就等于所有元流流量之和，即 图8-7 平均流速与实际流速 2．流体的流动状态 图8-8 液体流态及其实验装置 层流时黏性力起主导作用，质点受黏性力作用，不随意运动；紊流时惯性力起主导作用，质点在变化的惯性力的作用下，运动变化多样。 液体在圆管中的流动状态与管内液体的平均流速v、管道内径d和液体的运动黏度 有关，液体流动是层流还是紊流，需用雷诺数Re来判别， 雷诺数的物理意义： 雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性力与内摩擦力的比值。雷诺数较小时，液体的内摩擦力起主导作用，液体质点运动受黏性约束而不会随意运动，液流状态为层流；雷诺数较大时，惯性力起主导作用，液体黏性不能约束质点运动，液流状态为紊流。 利用雷诺数判定流动状态 实验指出：液流从层流变为紊流时的雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数，工程中一般都以后者作为判断液流状态的依据，称其为临界雷诺数，记作 。当 < 时液流为层流；反之，则多为紊流。 3．流体的质量守恒定律—连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种体现。图8-9所示为一不等截面管，液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，设其面积分别为A1和A2，两个截面中液体的平均流速和密度分别为v1、v2和1、2，根据质量守但定律，在单位时间内两截面的液体质量相等，则有 （8-10） 即不考虑液体的压缩性，有1=2，又得 （8-11） 即： （8-12） 图8-9 液流连续性原理 4．伯努利方程 （1）理想伯努利方程。 现任取图8-10所示两通流截面1—1和2—2为研究对象，两截面至水平参考面的距离分别为h1和h2，两截面处液体的平均流速分别为v1和v2，压力分别为p1和p2。 假设经过时间dt以后，12段的液体移动到1' 2'段。现分析该段液体的功能变化。 图8-10 理想液体伯努利方程推导示意图 4．伯努利方程 （1）理想伯努利方程。 ① 外力所做的功。 作用在该液段上的作用力有侧面和断面的压力，由于理想液体无黏性，侧面的压力不会产生摩擦力做功，所以外力做功的仅是两断面压力做功的代数和。 （8-13） 由连续性方程有： ，则有： （8-14） 式中， 为12段或1' 2' 段液段 的体积。 图8-10 理想液体伯努利方程推导示意图 4．伯努利方程 （1）理想伯努利方程。 ② 液体机械能的变化。因是理想流体做恒定流动，经过时间dt后液体机械能仅仅表现在11和22两段液体的能量差别上。由于两段液体具有相同的质量和体积所以它们的重力势能差∆Ep和动能差∆Ek分别为： 图8-10 理想液体伯努利方程推导示意图 4．伯努利方程 （1）理想伯努利方程。 根