水流運(yùn)動(dòng)基本原理學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1水流水流(shuli)運(yùn)動(dòng)基本原理運(yùn)動(dòng)基本原理第一頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 著眼于流體著眼于流體(lit)質(zhì)點(diǎn)，跟蹤質(zhì)點(diǎn)描述其運(yùn)動(dòng)歷程質(zhì)點(diǎn)，跟蹤質(zhì)點(diǎn)描述其運(yùn)動(dòng)歷程著眼于空間點(diǎn)著眼于空間點(diǎn)，研究質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)空間各固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，研究質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)空間各固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性是描述液體運(yùn)動(dòng)是描述液體運(yùn)動(dòng)常用的一種方法。常用的一種方法。一、描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法一、描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法第2頁(yè)/共71頁(yè)第二頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 流線是流速場(chǎng)的矢量線，是某瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)

2、中的一條曲線，該瞬時(shí)位于流線上的液體質(zhì)點(diǎn)流線是流速場(chǎng)的矢量線，是某瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)中的一條曲線，該瞬時(shí)位于流線上的液體質(zhì)點(diǎn)(zhdin)(zhdin)之速度矢量都和流線相切，是與歐拉法觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的概念。之速度矢量都和流線相切，是與歐拉法觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的概念。跡線跡線是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線，是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線，與拉格朗日觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的概念與拉格朗日觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的概念第3頁(yè)/共71頁(yè)第三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 在恒定在恒定(hngdng)流情況下，跡線與流線重合。流情況下，跡線與流線重合。 根據(jù)流線的定義，可以根據(jù)流線的定義，可以(k

3、y)推斷：流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折；推斷：流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折；跡線和流線最基本的差別是：跡線和流線最基本的差別是：跡線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移曲線跡線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移曲線(與拉格朗日與拉格朗日觀點(diǎn)對(duì)應(yīng)觀點(diǎn)對(duì)應(yīng));流線是同一時(shí)刻、不同流體質(zhì)點(diǎn)速度矢量與之相切流線是同一時(shí)刻、不同流體質(zhì)點(diǎn)速度矢量與之相切的曲線的曲線(與歐拉觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)與歐拉觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng))。第4頁(yè)/共71頁(yè)第四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 流線流線在流場(chǎng)中，取一在流場(chǎng)中

4、，取一條不與流線重合的條不與流線重合的封閉曲線封閉曲線L，在同，在同一時(shí)刻過(guò)一時(shí)刻過(guò) L上每一上每一點(diǎn)作流線，由這點(diǎn)作流線，由這些流線圍成的管些流線圍成的管狀曲面稱為狀曲面稱為流管流管。 與流線一樣，流管與流線一樣，流管是瞬時(shí)概念。是瞬時(shí)概念。L流管流管二、二、 流管、微小流束、總流、過(guò)水?dāng)嗝媪鞴堋⑽⑿×魇?、總流、過(guò)水?dāng)嗝?第5頁(yè)/共71頁(yè)第五頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 與流動(dòng)方向正交的流管的橫斷面與流動(dòng)方向正交的流管的橫斷面過(guò)水?dāng)嗝鏋槊娣e微元的流管

5、叫過(guò)水?dāng)嗝鏋槊娣e微元的流管叫元流管元流管，其中的流動(dòng)稱為，其中的流動(dòng)稱為元流（微小流束）元流（微小流束）。 過(guò)水?dāng)嗝鏋橛邢廾娣e的流管中的流動(dòng)叫過(guò)水?dāng)嗝鏋橛邢廾娣e的流管中的流動(dòng)叫總流總流?？偭骺煽醋鳠o(wú)數(shù)個(gè)元流的集合。總流可看作無(wú)數(shù)個(gè)元流的集合。dA1u1過(guò)水?dāng)嗝孢^(guò)水?dāng)嗝鎑A2u2元流元流總流總流第6頁(yè)/共71頁(yè)第六頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積，稱為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積，稱為流量流量 ，單位為，單位為

6、m3/s三、水流的運(yùn)動(dòng)要素三、水流的運(yùn)動(dòng)要素 u1dA2dA1u2udAdQ AQudAdQQ第7頁(yè)/共71頁(yè)第七頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 設(shè)想過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速都均勻分布，且等于設(shè)想過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速都均勻分布，且等于v，按這一流速計(jì)算所得的流量與按各點(diǎn)的真實(shí)流速計(jì)算，按這一流速計(jì)算所得的流量與按各點(diǎn)的真實(shí)流速計(jì)算所得的流量相等，則把流速所得的流量相等，則把流速v定義為定義為 斷面平均速度斷面平均速度 ，單位為，單位為 m/svAudAQA第

7、8頁(yè)/共71頁(yè)第八頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 三、水流運(yùn)動(dòng)的類型三、水流運(yùn)動(dòng)的類型 若流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的任何運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變?nèi)袅鲌?chǎng)中各空間點(diǎn)上的任何運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化，稱流動(dòng)為化，稱流動(dòng)為恒定流恒定流。否則，為。否則，為非恒定流。非恒定流。 恒定流中，所有物理量的表達(dá)式中將不含時(shí)間，它恒定流中，所有物理量的表達(dá)式中將不含時(shí)間，它們只是空間位置坐標(biāo)的函數(shù)，時(shí)變導(dǎo)數(shù)為零。們只是空間位置坐標(biāo)的函數(shù)，時(shí)變導(dǎo)數(shù)為零。（一）（一）恒定流、非恒定流恒定流、

8、非恒定流 第9頁(yè)/共71頁(yè)第九頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 運(yùn)動(dòng)要素是否沿程變化運(yùn)動(dòng)要素是否沿程變化？均勻流均勻流非均勻流非均勻流（二） 均勻流、非均勻流；漸變流、急變流均勻流、非均勻流；漸變流、急變流 均勻流的流線必為相互平行的直線，而非均勻流的流線要么是曲線，要么是不相平行的直線。舉例。均勻流的流線必為相互平行的直線，而非均勻流的流線要么是曲線，要么是不相平行的直線。舉例。 注意：注意：第10頁(yè)/共71頁(yè)第十頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(s

9、huli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 是否接近是否接近均勻流均勻流？漸變流漸變流流線雖不平行，但夾角較?。涣骶€雖不平行，但夾角較??；流線雖有彎曲，但曲率較小。流線雖有彎曲，但曲率較小。急變流急變流流線間夾角較大；流線間夾角較大；流線彎曲的曲率較大。流線彎曲的曲率較大。是是否否第11頁(yè)/共71頁(yè)第十一頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 有無(wú)自由表面有無(wú)自由表面 有壓

10、流有壓流無(wú)壓流無(wú)壓流（三）有壓流、無(wú)壓流、射流有壓流、無(wú)壓流、射流 有壓流主要是依靠壓力作用而流動(dòng)有壓流主要是依靠壓力作用而流動(dòng) ，而，而無(wú)壓流主要是依靠重力作用而流動(dòng)無(wú)壓流主要是依靠重力作用而流動(dòng) 。舉例。舉例。 注意：注意：第12頁(yè)/共71頁(yè)第十二頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 任何實(shí)際流動(dòng)從本質(zhì)上講都是在三維空間內(nèi)發(fā)生的，二元和一元流動(dòng)是在一些特定情況下對(duì)實(shí)際流動(dòng)的簡(jiǎn)化和抽象，以便分析處理。任何實(shí)際流動(dòng)從本質(zhì)上講都是在三維空間內(nèi)發(fā)生的，二元和一元流

11、動(dòng)是在一些特定情況下對(duì)實(shí)際流動(dòng)的簡(jiǎn)化和抽象，以便分析處理。 注意：注意：（四）（四）一元流、二元流、三元流一元流、二元流、三元流 一元流動(dòng)：一元流動(dòng)：只與一個(gè)空間自變量有關(guān)只與一個(gè)空間自變量有關(guān) 。二元流動(dòng)：二元流動(dòng)：與兩個(gè)空間自變量有關(guān)與兩個(gè)空間自變量有關(guān) 。三元流動(dòng)：三元流動(dòng)：與三個(gè)空間自變量有關(guān)與三個(gè)空間自變量有關(guān) 。第13頁(yè)/共71頁(yè)第十三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 在實(shí)際問(wèn)題中，常把總流也簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)在實(shí)際問(wèn)題中，常把總流也簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)

12、，但由于過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧鲃?dòng)要素一般是不均勻的，所以一維簡(jiǎn)化的關(guān)鍵是要在過(guò)水?dāng)嗝嫔辖o出運(yùn)動(dòng)要素的代表值，通常的辦法是取平均值。但由于過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧鲃?dòng)要素一般是不均勻的，所以一維簡(jiǎn)化的關(guān)鍵是要在過(guò)水?dāng)嗝嫔辖o出運(yùn)動(dòng)要素的代表值，通常的辦法是取平均值。s 一元簡(jiǎn)化 元流是嚴(yán)格的一維流動(dòng)。元流是嚴(yán)格的一維流動(dòng)。第14頁(yè)/共71頁(yè)第十四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 幾個(gè)假定：幾個(gè)假定：恒定條件下，恒定條件下， 總流管的形狀、位置不隨時(shí)間變化。總流管的形狀、位置不隨時(shí)

13、間變化。 液體一般可視為不可壓縮的連續(xù)介質(zhì)，其密度為常數(shù)液體一般可視為不可壓縮的連續(xù)介質(zhì)，其密度為常數(shù) 。 沒(méi)有流體穿過(guò)總流管側(cè)壁流入或流出，流體只能通過(guò)兩個(gè)過(guò)流斷面進(jìn)出控制體。沒(méi)有流體穿過(guò)總流管側(cè)壁流入或流出，流體只能通過(guò)兩個(gè)過(guò)流斷面進(jìn)出控制體。恒定總流的連續(xù)性方程恒定總流的連續(xù)性方程A2QmQmA1 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 質(zhì)量質(zhì)量守恒定律對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的守恒定律對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本約束一個(gè)基本約束第15頁(yè)/共71頁(yè)第十五頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 根

14、據(jù)質(zhì)量守恒定律：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)根據(jù)質(zhì)量守恒定律：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò) A1 流入控制體的流體流入控制體的流體質(zhì)量等于通過(guò)質(zhì)量等于通過(guò) A2 流出控制體的流體質(zhì)量。流出控制體的流體質(zhì)量。 dtdAudtdAu2211dQdAudAu2211恒定元流連續(xù)方程恒定元流連續(xù)方程 第16頁(yè)/共71頁(yè)第十六頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 2211vAvA或或QQ12122211AAQAudAudQ恒定總流連續(xù)方程恒定總流連續(xù)方程 1221AAvv或或第17頁(yè)/共71頁(yè)

15、第十七頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 在有分流匯入及流出的情況下，連續(xù)方程只須作相應(yīng)變化。質(zhì)量的總流入在有分流匯入及流出的情況下，連續(xù)方程只須作相應(yīng)變化。質(zhì)量的總流入 = 質(zhì)量的總流出。質(zhì)量的總流出。 231QQQ321QQQ第18頁(yè)/共71頁(yè)第十八頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 A2QmA1 能量方程能量方程 能

16、量轉(zhuǎn)化與守恒原理能量轉(zhuǎn)化與守恒原理對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本約束對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)基本約束動(dòng)能動(dòng)能勢(shì)能勢(shì)能能量損失能量損失位置勢(shì)能位置勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能第19頁(yè)/共71頁(yè)第十九頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 一、微小流束的能量方程一、微小流束的能量方程 單位總能量單位總能量單位動(dòng)能單位動(dòng)能單位壓能單位壓能單位位能單位位能zpgu22單位勢(shì)能單位勢(shì)能pz gupz22第20頁(yè)/共71頁(yè)第二十頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)

17、動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 一、微小流束的能量方程一、微小流束的能量方程 2222222111hwgupzgupz這是水力學(xué)中普遍使用的這是水力學(xué)中普遍使用的伯努利方程伯努利方程第21頁(yè)/共71頁(yè)第二十一頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 急變流同一過(guò)流斷面上的測(cè)壓管水頭不是常數(shù)急變流同一過(guò)流斷面上的測(cè)壓管水頭不是常數(shù)第22頁(yè)/共71頁(yè)第二十二頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(sh

18、uli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 三三. . 恒定總流的能量方程恒定總流的能量方程總流是無(wú)數(shù)總流是無(wú)數(shù)元流的累加元流的累加恒定總流恒定總流恒定元流恒定元流dQhgupzdQgupz)2()2(22222111QQQQQdQhdQgudQpzdQgudQpz2)(2)(22222111第23頁(yè)/共71頁(yè)第二十三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 解決測(cè)壓管解決測(cè)壓

19、管水頭的積分水頭的積分尋求平均尋求平均測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭均勻流或漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蠝y(cè)壓管水頭為常數(shù)。均勻流或漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蠝y(cè)壓管水頭為常數(shù)。QpzdQpzdQpzQQ)()()(用斷面平均流速用斷面平均流速 v 代替實(shí)際流速代替實(shí)際流速 u，解解 決決 流流 速速水頭的積分水頭的積分gvguQ2222第24頁(yè)/共71頁(yè)第二十四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 三三. . 恒定總流的能量方程恒定總流的能量方程恒定總流恒定總流QQQQQdQhdQgudQpz

20、dQgudQpz2)(2)(22222111gvQdQguQ2222QpzdQpzQ)()(第25頁(yè)/共71頁(yè)第二十五頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 21222222111122whgvpzgvpz實(shí)際流體恒定總流實(shí)際流體恒定總流的能量方程的能量方程分析水力學(xué)問(wèn)題最常用也是最重要的方程式第26頁(yè)/共71頁(yè)第二十六頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)

21、運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 四、能量方程的意義四、能量方程的意義單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的位置勢(shì)能位置勢(shì)能（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱單位勢(shì)能單位勢(shì)能）單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的壓強(qiáng)勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱單位壓能單位壓能）單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的總勢(shì)能總勢(shì)能（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱單位勢(shì)能單位勢(shì)能）zppz gv22單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的動(dòng)能動(dòng)能（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱單位動(dòng)能單位動(dòng)能）第27頁(yè)/共71頁(yè)第二十七頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基

22、本原理基本原理 四、能量方程的意義四、能量方程的意義表示能量的平衡關(guān)系。表示能量的平衡關(guān)系。水流總是從總機(jī)械能大的地方流向總機(jī)械能小的地方水流總是從總機(jī)械能大的地方流向總機(jī)械能小的地方 能量方程的物理意義能量方程的物理意義單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的總機(jī)械能總機(jī)械能（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱單位總機(jī)械能單位總機(jī)械能）gvpz2 2第28頁(yè)/共71頁(yè)第二十八頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 四、能量方程的意義四、能量方程的意義單位重量流體所具有的單位重量流體所

23、具有的位置水頭位置水頭（又稱（又稱單位勢(shì)能單位勢(shì)能）單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的壓強(qiáng)水頭壓強(qiáng)水頭（又稱（又稱單位壓能單位壓能）單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭（又稱（又稱單位勢(shì)能單位勢(shì)能）zppz 第29頁(yè)/共71頁(yè)第二十九頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 總水頭線為一條逐漸下總水頭線為一條逐漸下降的直線或曲線降的直線或曲線 能量方程的幾何意義能量方程的幾何意義gvpz2 2總水頭（又稱總水頭（又稱單位總機(jī)械能單位總

24、機(jī)械能）gv22單位重量流體所具有的單位重量流體所具有的流速水頭流速水頭（或（或單位動(dòng)能單位動(dòng)能）第30頁(yè)/共71頁(yè)第三十頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 位置水頭線一般為總流斷面中心線。位置水頭線一般為總流斷面中心線。 測(cè)壓管水頭線可能在位置水頭線以下，表示當(dāng)?shù)貕簭?qiáng)是負(fù)測(cè)壓管水頭線可能在位置水頭線以下，表示當(dāng)?shù)貕簭?qiáng)是負(fù)值。值。恒定總流能量方程的幾何表示恒定總流能量方程的幾何表示水頭線水頭線 注意：注意：第31頁(yè)/共71頁(yè)第三十一頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章

25、 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 水力坡度水力坡度shsHJwdddd稱為水力坡度稱為水力坡度水頭線的斜率冠以負(fù)號(hào)水頭線的斜率冠以負(fù)號(hào)測(cè)壓管坡度測(cè)壓管坡度 dsdHJPP稱為測(cè)壓管坡度稱為測(cè)壓管坡度第32頁(yè)/共71頁(yè)第三十二頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng) 應(yīng)用條件應(yīng)用條件 必須

26、是恒定流，必須是恒定流， 液體不可壓縮液體不可壓縮 計(jì)算斷面本身應(yīng)滿足均勻流或漸變流的條件計(jì)算斷面本身應(yīng)滿足均勻流或漸變流的條件 質(zhì)量力只有重力，無(wú)慣性力質(zhì)量力只有重力，無(wú)慣性力 兩斷面間沒(méi)兩斷面間沒(méi)有流量的匯入或分出有流量的匯入或分出第33頁(yè)/共71頁(yè)第三十三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)一、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng) 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 基準(zhǔn)面選取基準(zhǔn)面選取 ； 計(jì)算斷面選?。挥?jì)算斷面選??； 計(jì)算點(diǎn)的選取計(jì)算點(diǎn)的選取

27、 ； 壓強(qiáng)表示壓強(qiáng)表示 舉例舉例第34頁(yè)/共71頁(yè)第三十四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 hgu22ghu2 實(shí)際使用中，在測(cè)得實(shí)際使用中，在測(cè)得 h，計(jì)算流速，計(jì)算流速 u 時(shí)時(shí)，還要加上畢托管修正系數(shù)，還要加上畢托管修正系數(shù)c，即，即ucgh2第35頁(yè)/共71頁(yè)第三十五頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 文得里流量

28、計(jì)的應(yīng)用文得里流量計(jì)的應(yīng)用第36頁(yè)/共71頁(yè)第三十六頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 A vA v1 122212221ddvv根據(jù)恒定總流連續(xù)方程又有根據(jù)恒定總流連續(xù)方程又有第37頁(yè)/共71頁(yè)第三十七頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 hgddv2114122Qv Ad dddg hKh理221222142442聯(lián)立求

29、解，得聯(lián)立求解，得QKh實(shí)第38頁(yè)/共71頁(yè)第三十八頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 當(dāng)使用水銀壓差計(jì)時(shí)當(dāng)使用水銀壓差計(jì)時(shí)，hhppm6 .1221hKQ6 .12實(shí)第39頁(yè)/共71頁(yè)第三十九頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 三三. . 有能量輸入或輸出的能量方程有能量輸入或輸出的能量方程21222222111122w

30、mhgvpzHgvpz1、2斷面之間單位重量液體從水力斷面之間單位重量液體從水力機(jī)械獲得（取機(jī)械獲得（取+號(hào)，如水泵）或給出號(hào)，如水泵）或給出（?。ㄈ?號(hào)，如水輪機(jī)）的能量號(hào)，如水輪機(jī)）的能量第40頁(yè)/共71頁(yè)第四十頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 計(jì)算水流與固體邊界的相互作用力問(wèn)題計(jì)算水流與固體邊界的相互作用力問(wèn)題 一一. . 恒定總流的動(dòng)量方程恒定總流的動(dòng)量方程運(yùn)動(dòng)物體單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化等于物體所受外力的合力運(yùn)動(dòng)物體單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化等于物體所受外

31、力的合力 第41頁(yè)/共71頁(yè)第四十一頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 dtKKdtdK12F按照動(dòng)量守恒定律按照動(dòng)量守恒定律dtKK 11 22F11 11dtdAuK22 22dtdAuK動(dòng)量定律：動(dòng)量定律：微小流束動(dòng)量：微小流束動(dòng)量：)(12uudQdtdK第42頁(yè)/共71頁(yè)第四十二頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理

32、 用斷面平均流速用斷面平均流速 v 代替代替 u：大于大于 1.0 的數(shù)，其大小取決于斷面上的流速分布。在一般的漸變流中的值為的數(shù)，其大小取決于斷面上的流速分布。在一般的漸變流中的值為 1.02-1.05 . 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，也常采用為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，也常采用 = 1.0 AvdAuA220動(dòng)量修正系數(shù)動(dòng)量修正系數(shù)*2111122212AAQdAuudAuudtuudQdtkdAvAvudAu第43頁(yè)/共71頁(yè)第四十三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 恒定總流動(dòng)量方

33、程建立了流恒定總流動(dòng)量方程建立了流出與流進(jìn)控制體的動(dòng)量流量之差出與流進(jìn)控制體的動(dòng)量流量之差與控制體內(nèi)流體所受外力之間的與控制體內(nèi)流體所受外力之間的關(guān)系，避開(kāi)了這段流動(dòng)內(nèi)部的細(xì)關(guān)系，避開(kāi)了這段流動(dòng)內(nèi)部的細(xì)節(jié)。對(duì)于有些水力學(xué)問(wèn)題，能量節(jié)。對(duì)于有些水力學(xué)問(wèn)題，能量損失事先難以確定，用動(dòng)量方程損失事先難以確定，用動(dòng)量方程來(lái)進(jìn)行分析常常是方便的。來(lái)進(jìn)行分析常常是方便的。xxxFvvQ)(101202yyyFvvQ)(101202zzzFvvQ)(101202恒定總流動(dòng)量方程是矢量方恒定總流動(dòng)量方程是矢量方程，實(shí)際使用時(shí)一般都要寫成分程，實(shí)際使用時(shí)一般都要寫成分量形式量形式Fvv)(101202QFvv)

34、(1110122202AvAv一維恒定總流動(dòng)量方程一維恒定總流動(dòng)量方程或或第44頁(yè)/共71頁(yè)第四十四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 二二. . 恒定總流動(dòng)量方程應(yīng)用舉例恒定總流動(dòng)量方程應(yīng)用舉例液流為恒定流液流為恒定流 ；液體為連續(xù)、不可壓縮的液體液體為連續(xù)、不可壓縮的液體 ；所選的兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝姹仨殲闈u變流斷面所選的兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝姹仨殲闈u變流斷面 。適用條件適用條件 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)選取脫離體（選取脫離體（上下游斷面取在漸變流段上）；上下游斷面取在漸變流段上

35、）；選取選取合適的合適的坐標(biāo)軸坐標(biāo)軸 ，分析外力；，分析外力； 把動(dòng)量方程寫成分量形式求解把動(dòng)量方程寫成分量形式求解；聯(lián)立其他方程求解聯(lián)立其他方程求解 舉例舉例第45頁(yè)/共71頁(yè)第四十五頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 二二. .求解恒定總流問(wèn)題的幾點(diǎn)說(shuō)明 恒定總流的三大方程，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，有一個(gè)聯(lián)用的問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)情況靈活運(yùn)用。恒定總流的三大方程，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，有一個(gè)聯(lián)用的問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)情況靈活運(yùn)用。 在有流量匯入或分出的情況下，要按照三大方程的物理意義正確

36、寫出它們的具體形式。在有流量匯入或分出的情況下，要按照三大方程的物理意義正確寫出它們的具體形式。第46頁(yè)/共71頁(yè)第四十六頁(yè)，共71頁(yè)。液體液體(yt)運(yùn)動(dòng)的三大方程運(yùn)動(dòng)的三大方程 2211常數(shù)vAvAQ 連續(xù)連續(xù)(linx)方程：方程：第47頁(yè)/共71頁(yè)第四十七頁(yè)，共71頁(yè)。能量能量(nngling)方程：方程：動(dòng)量動(dòng)量(dngling)方程：方程： )(1122FvvQhwgvpzgvpz222222221111第48頁(yè)/共71頁(yè)第四十八頁(yè)，共71頁(yè)。返回(fnhu)第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本原理的基本原理 第49頁(yè)/共71頁(yè)第四十九頁(yè)，共71頁(yè)。第三

37、章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第50頁(yè)/共71頁(yè)第五十頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第51頁(yè)/共71頁(yè)第五十一頁(yè)，共71頁(yè)。返回(fnhu)第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 例一水位不變的敞口水箱，通過(guò)下部一條直徑d200mm的管道向外供水。已知水箱水位與管道出口斷面中心高差為3.5m，管道水頭損失為3m。試求管道出口的流速和流量。第52頁(yè)/共71頁(yè)第五十二頁(yè)，共71頁(yè)。返回(fnhu)第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的基運(yùn)動(dòng)的基本原理本原理 繼續(xù)第53頁(yè)/共71頁(yè)第五十三頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第54頁(yè)/共71頁(yè)第五十四頁(yè)，共71頁(yè)。第三章第三章 水流水流(shuli)(shuli)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的基本原理基本原理 第55頁(yè)/共71頁(yè)第五十五頁(yè)，共71頁(yè)。返回(fnhu)第三章第三章 水流水流(sh