第3章 流体动力学及其工程应用上次课内容回顾vv理想流体微小流束的伯利努方程理想流体微小流束的伯利努方程 vv考虑损失考虑损失 实际流体微小流束的伯利努方程实际流体微小流束的伯利努方程 vv积分积分 实际流体总流的伯努利方程实际流体总流的伯努利方程：物理意义物理意义能量能量 几何意义几何意义水头水头3.7.2 伯努利方程式的工程应用 基本内容： 1、测量流速与流量的仪表； 2、虹吸现象； 3、孔口、管嘴的出流问题。重点：分析方法如图，对1、2两点列出伯努利方程：动压（dynamical pressure)静压（static pressure）测压管测速管驻点2点处的压强为 液体在弯管内上升的高度为驻点一、测量流速与流量的仪表、毕托管(Pitot Tube)全压式中 流速修正系数，取决于毕托管的外形尺寸 和加工精度，其值由实验确定，一般取两测压管内液柱高差。实际流速液体中某点的流速：迎流孔顺流孔接差压计尾柄头部如果测量气流速度管道中气体密度新型流速测量技术：现代流体力学、空气动力学、热力学、水力学、生态学、 以及环境工程、化工工程、航空航天工程、水利水电工程、热 能工程、燃烧工程、石油工程等都提出了一系列复杂的流动问 题。其中包括高速流、低速流、旋转流、涡流、管道流、燃烧 流、振荡流、反向流、两相流等，这些都需要新的测量方法和 测量工具，要求新的测量技术和仪器能够适应由单点向多点、 平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展。20世纪90年代以后出现的新流动测量技术： 1、热线热膜风速仪（简称HWFA) 2、激光风速仪（LDV或LDA） 3、相位多普勒技术两相流测量仪器 4、粒子成像速度仪流场显示技术已知：主管路直径D，喉管直径d；定常流条件下，测压管 水头差为 ，推导管路中实际水流量Q 的计算式。 对过水断面11和22列出理想 流体的伯努力方程 化简简得 运用连续 性方程、文丘里流量计（Venturi Meter)得主管道流速实际流量 理想情况下的流量 式中 流量系数，主要与管子材料、尺寸、加工精度、安装质量、流体的黏性及其运动速度等 因素有关，结构常数。文丘里流量计在工程中已得 到广泛应用，为了使测得的流量 值更接近实际流量，使用时还应 注意一些问题：除文丘里流量计外，工程上常用的还有孔板流量 计和喷嘴流量计，它们都属于节流式流量计。孔板流量计喷嘴流量计工程上常用的流量计还有转子流量计、靶式流量计、电 磁流量计、超声流量计等。 涡 轮 流 量 变 送 器1122 OO3 3二、虹吸现象H虹吸原理：如图，对11，22断面列伯努利方程由于 ，所以 ； ，并取 ，则 上式变成虹吸原理在生产、生活中的应用 1、黄河汲水灌溉 2、高位水箱引水 3、抽水马桶想一想虹吸原理在 生产生活中还有哪 些应用？将上式就 加以整理出流量取虹吸管最高点所在断面为33，对11、33再列伯努 利方程，可知，虹吸管断面33处将产生负压。应用虹吸管输水，可以跨越高地，减少挖方和埋设管路工程。孔口、管嘴：流体输送过程中测定过流能力的泄流装置。 孔口、管嘴出流：工程上常见的水力现象。 孔口出流（Orifice Flow)：在容器壁上开一个形状规则的孔，液体经孔口流出的水力现象。（如蓄水池排水口出流）薄壁孔口： 厚壁孔口： ，按管嘴考虑。 三、经孔口、管嘴的出流问题管嘴出流(Nozzle Efflux)：是在孔口上连接一段很短的管子， 流体从此管流出。应用：水利工程上的闸孔，路基下的有压涵管，水力采煤用的 水枪，消防用的龙头，汽油机中的汽化器，柴油机中的喷嘴， 火炮中的驻退机，车辆中的减震器，喷射泵以及人工降雨器等 都属于孔口或管嘴的应用问题。小孔口： 或 大孔口： 或已知:图示一敞口贮水箱,小孔与液面的垂直距离为H(淹深).设水 位保持不变. 求：(1)自由出流速度v解(1)设流动为不可压缩理 想流体的定常流动.(2)出流流量Q对于断面 、 有 应用伯努利方程求小孔口出流的流速和流量。 整理得 从孔口流出的流量为为设小孔面积为A,流股发生收缩后.收缩断面处的截面积 为A1,则收缩系数为 实际出流量为收缩系数与孔口边缘状况有关。式中 流速系数，一般为0.960.99； 式中 流量系数，与孔口形状，孔口边缘情况和孔口在壁面上的位置这三个因素有关。对大孔口应考虑速度不均匀分布的影响。淹没出流时流速、流量计算式与自由出流时的完全相同。v管嘴出流：分为圆柱形管嘴(图a)、圆锥形管嘴(图b)、流线形管嘴(图c)三种。v管嘴出流基本问题: 计算流速和流量v管嘴出流与孔口出流流速和流量计算式相同，只是流量系数不同。v管嘴出流的流动特点：流体进入管嘴后，先在管内收缩，在收缩 断面处，流体与管壁分离，形成漩涡区，而后再逐渐扩张以致充 满管嘴而流出。由于在管嘴收缩断面处存在真空，如同水泵一样，对液流产 生抽吸作用，因此在容器孔口上加上一段管嘴有增大出流量的作 用。v对水来说，防止接近汽化压力而允许的真空度不应超过7m水柱 ，则圆柱形外管嘴的作用水头H0的极限值是v圆柱形外管嘴的正常工作条件是：(1)收缩断面处的真空度 7m水柱，或作用水头H09m；(2)管嘴长度 =（34）d。小结：