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流体运动的基本知识在线视频

下一节:流体阻力和水头损失

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流体运动的基本知识课程教案、知识点、字幕

同学们大家好

今天我们来学习流体运动的基础知识

流体得以流动的必要条件是

系统两端有压力差或位差

如果用高位槽向设备输送流体时

部分位能转化成动能而使流体流动

而要想将流体从低位送往高位

则必须由外界输入能量才能完成输送任务

因此 流体流动过程中实际上是

各种形式能量之间的转化过程

它们之间遵循能量守恒定律

稳定流动伯努利方程反映了

流体在管道中流动时流速

压力和位差之间的变化关系

在工程上有广泛的应用价值

今天我们讨论理想流体在管内作稳定流动中

各种机械能之间的转换关系

如图所示

理想流体从截面1-1流入

从截面2-2流出

我们研究的范围包括

管路的内壁面

截面1-1与截面2-2之间

基准水平面为0-0水平面

其中V1 V2分别表示

流体分别在1-1与2-2截面上的平均流速

P1 P2表示

流体分别在1-1与2-2截面上的压力

Z1 Z2表示

截面1-1截面2-2中心至基准水平面的

垂直距离

A1 A2表示

1-1与2-2截面的面积

P1 p2表示

1-1与2-2截面上流体的密度

流体流动过程中所具有的机械能包括位能

动能和压力能三种

其中位能是指流体

因处于地球重力场内而具有的能量

其大小=mgz

动能是流体因以一定的流速运动时

而具有的能量

当质量为m的流体平均流速为v时

所具有的动能mv平方/2

压力能又称为静压能

是流体因存在一定的静压力而具有的能量

质量为m的流体

若压力为p 密度为p

则压力能等于mP除以p

前面介绍的位能 动能

与压力能都是与流体质量相关的量

现在再给大家给出几个概念 比位能

比动能和比压力能

我们将1kg流体所具有的位能

动能和压力能分别称为比位能

比动能和比压力能

单位为J/kg或kJ/kg

其中比位能=gz

比动能=v2/2

比压力能= P/p

下面我们看理想流体稳定流动的

机械能守恒计算

根据以上分析可得出

1kg流体带入1-1截面的总机械能为

E入等于gZ1加2分之V1方加p1分之P1

1kg流体带出2-2截面的总机械能为

E出等于gZ2加2分之V2方加p2分之P2

根据能量守恒定律

对稳定流动系统应有E入=E出

即流入系统的能量等于流出系统的能量

对于不可压缩流体

其密度为常数

因此上式可写为

gZ1加2分之V1方加p分之P1等于gZ2加2分之V2方加p分之P2

上式即著名的伯努利方程

也称能量方程

伯努利方程表明

在任一截面上

单位质量流体的总机械能恒为常量

根据伯努利方程的推导过程可知

该式仅适用于不可压缩的理想流体

作稳定流动以及流体在流动过程中

系统与外界无能量交换的情况

下面我们看流体机械能之间的相互转换

伯努利方程表明理想流体作稳定流动

且与外界无能量交换时

在任一截面上

单位质量流体的总机械能恒为常量

但各个截面上的

同一种形式的能量并不一定相等

即各种形式的机械能可以互相转换

如图所示

的内径相同的倾斜直管中

理想流体在截面1-1处

和截面2-2处的流速相等

即v1=v2

对截面1-1和截面2-2之间作机械能衡算

由伯努利方程可得

gZ1加p分之P1等于gZ2加p分之P2

由于z1>z2

可得p分之P1 < p分之P2

这说明在截面1-1

和截面2-2处的动能相同

但因流体从高处流向低处

位能减小而压力能增加

就是说截面1-1处流体的位能

到截面2-2处有一部分转化为压力能了

且其位能的减小值等于压力能的增加值

通过上述分析我们可知

当流体截面两端的速度相同时

高度越高 压力越小 高度越小 压力越大

同样 我们可以得到以下推论

当流体截面两端的位能相同时

流体的流速越快

压强越小 流速越慢 压强越大

这一定律在飞行并旋转着的乒乓球中

不管是上旋球 下旋球

还是侧旋球

都得到的充分的验证

如图所示

当乒乓球本身带着上旋飞行时

同时带着球体周围的空气一起旋转

但是由于球体上沿周围空气旋转方向

和对面空气方向相反

因而受到阻力

导致其流速降低 压力增大

而球体下沿的气流与迎面空气阻力方向相同

因而流速加快 压力减小

最后的结果是

本来球体上下沿的压力相等

现在由于球体受力不均衡

总的合力方向是向下

给击球者的感觉就是上旋球的下落速度加快

因此在相同的条件下

上旋球的飞行弧线

比不转球的飞行弧线要低要短

如果是下旋球

其受力情况跟上旋球恰好相反

球体上沿的空气流速快 压强小

下沿的空气流速慢 压强大

所以气流给球体一个浮举力

这样在相同条件下

下旋球比不转球

或上旋球的弧线要高要长

好了

今天的内容就到这里

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