流體動(dòng)力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)的研究方法contents目錄流體運(yùn)動(dòng)的研究方法01拉格朗日法歐拉法流體運(yùn)動(dòng)的研究方法在運(yùn)動(dòng)流體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)不僅是空間位置的函數(shù)，而且其大小還與方向有關(guān)流體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離叫做流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，簡(jiǎn)稱(chēng)流速。流體運(yùn)動(dòng)的研究方法流體力學(xué)中把表征流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量如壓強(qiáng)、流速等，統(tǒng)稱(chēng)為流體的運(yùn)動(dòng)要素。流體動(dòng)力學(xué)的任務(wù)就是研究這些運(yùn)動(dòng)要素隨空間與時(shí)間的變化規(guī)律，以及這些運(yùn)動(dòng)要素相互之間的關(guān)系。流體運(yùn)動(dòng)的研究方法在熱力發(fā)電廠(chǎng)的生產(chǎn)中，流體流動(dòng)一般是在固體壁面所限制的空間內(nèi)進(jìn)行的。充滿(mǎn)著流動(dòng)流體的空間稱(chēng)為流場(chǎng)。研究流體的運(yùn)動(dòng)就是求流場(chǎng)中流體各運(yùn)動(dòng)要素及它們之間的變化規(guī)律，研究流體運(yùn)動(dòng)的常用方法有拉格朗日法和歐拉法。拉格朗日法歐拉法流體運(yùn)動(dòng)的研究方法1.拉格朗日法（跟蹤法）它是從研究流場(chǎng)中各個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)著手。研究在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中該質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化情況，然后綜合流場(chǎng)中所有流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，最終得到整體流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種方法。流體質(zhì)點(diǎn)的在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡稱(chēng)為跡線(xiàn)。在流動(dòng)的水面上撒一片木屑，木屑隨水漂流的途徑就是某個(gè)水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，即跡線(xiàn)。特點(diǎn)：直觀(guān)，但是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，很少采用。流體運(yùn)動(dòng)的研究方法2.歐拉法歐拉法不去追蹤具體的流體質(zhì)點(diǎn)，不研究這些質(zhì)點(diǎn)的來(lái)龍去脈，而是在流場(chǎng)中選擇若干具有代表性的空間固定點(diǎn)，分析流體在某一空間固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而求出流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。歐拉法常用流線(xiàn)組成的幾何圖形描述復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)。流線(xiàn)是指表示流場(chǎng)中同一瞬間一系列連續(xù)質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向的空間曲線(xiàn)。1V12V23V34V4流體運(yùn)動(dòng)的研究方法流線(xiàn)的特點(diǎn)

流線(xiàn)只能是光滑曲線(xiàn)，不能相交和突然折轉(zhuǎn)。流線(xiàn)的密集程度反映該處流速的大小。流線(xiàn)的形狀與固體邊界的形狀有關(guān)。流體運(yùn)動(dòng)的研究方法流線(xiàn)與跡線(xiàn)的區(qū)別跡線(xiàn)：流場(chǎng)中某一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。即同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位置組成的曲線(xiàn)。流線(xiàn)：描述某一時(shí)刻各個(gè)空間上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，即流動(dòng)的趨向和變化。課堂小結(jié)拉格朗日法歐拉法描述方式跡線(xiàn)流線(xiàn)研究對(duì)象流體內(nèi)個(gè)別質(zhì)點(diǎn)固定空間點(diǎn)特點(diǎn)形象直觀(guān)，但運(yùn)動(dòng)軌跡非常復(fù)雜，不常采用分析流體在某一空間固定點(diǎn)及穿越該固定空間點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)要素隨位置和時(shí)間的變化規(guī)律流體動(dòng)力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)的基本概念contents目錄流體運(yùn)動(dòng)的基本概念01流管與流束有效截面流量流速與平均流速流體運(yùn)動(dòng)的基本概念1.流管和流束流管：在流體中任取一截面A，通過(guò)A邊界上各點(diǎn)的流線(xiàn)組成一管狀曲面，稱(chēng)為流管。流束：充滿(mǎn)流管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)流體。

流體運(yùn)動(dòng)的基本概念2.有效截面

有效截面

：在流束中與各流線(xiàn)相垂直的橫截面稱(chēng)為有效截面。微元流束(流管)：有效截面面積為無(wú)限小的流束（流管）。其有效截面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素可認(rèn)為相同。總流：無(wú)數(shù)微元流束的總和構(gòu)成總流。其有效截面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素一般不相同。流體運(yùn)動(dòng)的基本概念3.流量

流體運(yùn)動(dòng)的基本概念4.流速與平均流速

流體運(yùn)動(dòng)的基本概念

課堂小結(jié)概念重點(diǎn)一重點(diǎn)二流管與流束體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系體積流量與平均流速的關(guān)系有效截面qm=ρqv

流量、流速與平均流速形象直觀(guān)，但運(yùn)動(dòng)軌跡非常復(fù)雜，不常采用分析流體在某一空間固定點(diǎn)及穿越該固定空間點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)要素隨位置和時(shí)間的變化規(guī)律流體動(dòng)力學(xué)流動(dòng)的分類(lèi)contents目錄流動(dòng)的分類(lèi)01一維、二維、三維流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)急變流和緩變流有壓流與無(wú)壓流流動(dòng)的分類(lèi)1.一維流動(dòng)、二維流動(dòng)和三維流動(dòng)

三維流動(dòng)：三維空間的流動(dòng)，流動(dòng)參數(shù)是x、y、z三個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)。二維流動(dòng)：流動(dòng)參數(shù)在某些情況下，僅是兩個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)的流動(dòng)。一維流動(dòng)：流動(dòng)參數(shù)是一個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)的流動(dòng)。流動(dòng)的分類(lèi)2.穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)

穩(wěn)定流動(dòng)：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間改變，而只是空間坐標(biāo)的函數(shù)。非穩(wěn)定流動(dòng)：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素同時(shí)是時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù).流動(dòng)的分類(lèi)2.穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)供水系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)蒸汽管道給水管道流動(dòng)的分類(lèi)3.緩變流和急變流

緩變流滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件:(1)流線(xiàn)之間的夾角很小，即流線(xiàn)幾乎是平行的:(2)流線(xiàn)的曲率半徑R很大，即流線(xiàn)幾乎是直線(xiàn)。不滿(mǎn)足上述兩個(gè)條件或其中之一的流動(dòng)稱(chēng)為急變流。流動(dòng)的分類(lèi)3.緩變流和急變流

流動(dòng)的分類(lèi)4.

有壓流和無(wú)壓流

無(wú)自由表面的液體流動(dòng)為有壓流有壓流的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程限制在固體邊界內(nèi)，其有效截面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)一般不等于大氣壓強(qiáng)。具有自由表面液體流動(dòng)為無(wú)壓流無(wú)壓流通常有部分邊界是與大氣相同的自由表面。課堂小結(jié)一維、二維、三維流動(dòng)穩(wěn)定與非穩(wěn)定流動(dòng)急變流與緩變流有壓流與無(wú)壓流流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程意義contents目錄伯努利方程201伯努利方程的物理意義伯努利方程的幾何意義1.物理意義伯努利方程中的每一項(xiàng)所表示的物理意義項(xiàng)目物理意義Z位勢(shì)能壓強(qiáng)勢(shì)能

動(dòng)能Z

總機(jī)械能能量損失1.物理意義伯努利方程物理意義：不可壓縮實(shí)際流體在重力作用下作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流經(jīng)各有效截面上的位勢(shì)能、壓強(qiáng)勢(shì)能和動(dòng)能三種能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換，但由于在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的能量損失，流體的總機(jī)械能沿流程是逐漸減少的。

1.物理意義

流體靜力學(xué)基本方程式是伯努利方程的一個(gè)特例，

2.幾何意義方程中各項(xiàng)都可以用液柱高度表示，稱(chēng)之為水頭或能頭。項(xiàng)目幾何意義Z位置水頭壓強(qiáng)水頭Z靜水頭（測(cè)壓管水頭）

動(dòng)水頭Z

總水頭2.幾何意義a-a位置水線(xiàn)b-b測(cè)壓管水頭線(xiàn)c-c實(shí)際流體總水頭線(xiàn)c-d理想流體總水頭線(xiàn)2.幾何意義伯努利方程幾何意義：在理想流體的流動(dòng)中，總水頭線(xiàn)是一條水平線(xiàn)。在實(shí)際流體的流動(dòng)中，總水頭線(xiàn)是一條沿流程不斷下降的曲線(xiàn)，該線(xiàn)上任意兩點(diǎn)間的高度差表示這兩點(diǎn)所代表的有效截面之間的水頭損失，而它與理想流體總水頭線(xiàn)之間的高度差，則表示整個(gè)流程的水頭損失。課堂小結(jié)伯努利方程物理意義各項(xiàng)物理意義方程物理意義伯努利方程幾何意義各項(xiàng)幾何意義方程幾何意義流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程應(yīng)用方法contents目錄伯努利方程301伯努利方程的應(yīng)用方法例題分析1.解題步驟與注意事項(xiàng)

1.解題步驟與注意事項(xiàng)

E-

輸入或輸出的能量使用泵或風(fēng)機(jī)對(duì)系統(tǒng)輸入能量時(shí)，E前冠以正號(hào)；使用水輪機(jī)，由系統(tǒng)輸出能量時(shí)，E前冠以負(fù)號(hào)。1.解題步驟與注意事項(xiàng)

【例2】

水在水平管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，判斷截面1、截面2哪一處壓強(qiáng)高？12

12

水平流動(dòng)中，距離較近的兩個(gè)截面中：截面變小，升速降壓，截面變大降速升壓規(guī)律課堂小結(jié)伯努利方程解題步驟選取兩有效截面選取基準(zhǔn)面列出伯努利方程。代入已知條件求解。重要規(guī)律水平流動(dòng)中，距離較近的兩個(gè)截面中：截面變小，升速降壓截面變大降速升壓。流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程的應(yīng)用contents目錄伯努利方程的應(yīng)用101皮托管?chē)娚浔闷ね泄芷ね泄茏饔茫簻y(cè)量管道中流體的速度在液體管道的某一截面處裝有一個(gè)直立的測(cè)壓管和一根迎向來(lái)流彎成直角的測(cè)速管。測(cè)速管中上升的液柱比測(cè)壓管內(nèi)的液柱高h(yuǎn)。駐點(diǎn)B的壓強(qiáng)PB習(xí)慣上稱(chēng)為全壓。與B點(diǎn)同一水平流線(xiàn)未受擾動(dòng)處A點(diǎn)的液體壓強(qiáng)為PA，速度為u。對(duì)A、B兩點(diǎn)應(yīng)用伯努利方程。

皮托管

皮托管

皮托管AB噴射泵工作原理是：高壓工作流體經(jīng)截面縮小的噴管時(shí)一部分壓強(qiáng)勢(shì)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能后高速?lài)姵觯瑥亩诠ぷ魇倚纬梢欢ǖ恼婵眨趬簭?qiáng)差的作用下，要輸送的流體被吸入工作室混合，經(jīng)擴(kuò)壓管升壓后輸出

輸送流體工作流體噴射泵

噴射泵

流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程的應(yīng)用contents目錄伯努利方程的應(yīng)用201文特里流量計(jì)文特里流量計(jì)原理：利用收縮段，造成一定的壓強(qiáng)差，在收縮段前和喉部用測(cè)壓管或

U形管差壓計(jì)測(cè)量出兩處的壓強(qiáng)差，從面求出管道中流體的體積流量。作用：用于管道中流體的測(cè)量。結(jié)構(gòu)：主要是由收縮段、喉部和擴(kuò)散段三部分組成。文特里流量計(jì)

公式（1）文特里流量計(jì)

文特里流量計(jì)

優(yōu)點(diǎn)：損失小，精度高缺點(diǎn)：尺寸要求嚴(yán)格，造價(jià)高文特里流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，檢修方便缺點(diǎn)：損失大，孔口磨損需定期較正文特里流量計(jì)

文特里流量計(jì)

解：

文特里流量計(jì)

流體動(dòng)力學(xué)虹吸管contents目錄虹吸現(xiàn)象01抽取液體虹吸馬桶虹吸(siphon)是一種流體力學(xué)現(xiàn)象，用一根內(nèi)部充滿(mǎn)液體的彎管連接兩個(gè)液位不等的容器,則高液位的液體自動(dòng)經(jīng)彎管流入低液位的容器,這種現(xiàn)象稱(chēng)為虹吸現(xiàn)象,這根彎管稱(chēng)為虹吸管。1、什么是虹吸？2、實(shí)例應(yīng)用【例3-8】如圖3-18所示,電廠(chǎng)利用虹吸管自江中引水到水井中以供循環(huán)水泵抽水作為凝汽器的冷卻水之用。已知虹吸管的直徑d=800mm,整個(gè)管段總阻力損失hw1-3=5.7m,虹吸管吸入段1-1至2-2截面之間的阻力損失hw1-2=3.5m,虹吸管的輸水流量qv=5760㎡/h。求:(1)江中水面與井中水面的高度差H是多少?(2)當(dāng)虹吸管中允許的最大真空值PV/ρg=8m水柱時(shí),虹吸高度Hs為多少?2、實(shí)例應(yīng)用2、實(shí)例應(yīng)用2、實(shí)例應(yīng)用流體動(dòng)力學(xué)水擊現(xiàn)象及其預(yù)防contents目錄水擊現(xiàn)象水擊發(fā)生的過(guò)程0102水擊的危害及預(yù)防03水

擊

現(xiàn)

象0123電廠(chǎng)給水系統(tǒng)水擊

湖南華能岳陽(yáng)電廠(chǎng)引進(jìn)英國(guó)GEC公司2臺(tái)362.5MW機(jī)組。自機(jī)組調(diào)試、移交生產(chǎn)以來(lái),高、低壓給水系統(tǒng)多次發(fā)生水擊現(xiàn)象,其中3臺(tái)次造成停機(jī),給電廠(chǎng)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。高壓給水系統(tǒng)兩次水擊事故造成停機(jī)均發(fā)生在2號(hào)機(jī)組。第一次發(fā)生在機(jī)組調(diào)試階段,第二次發(fā)生在帶負(fù)荷340MW運(yùn)行時(shí),鍋爐壓力161MPa,給水壓力191MPa,5號(hào)高壓加熱器水位超高,激發(fā)6號(hào)高壓加熱器給水自動(dòng)跳旁路,緊接著給水泵母管壓力急劇波動(dòng),產(chǎn)生水擊。引起鍋爐給水管道大幅度擺動(dòng),部分吊架拉壞,給水流量取樣管拉斷2根,給水疏水管拉斷3根,水大量外噴,水汽彌漫機(jī)房和鍋爐區(qū),機(jī)組被迫停運(yùn)。水擊：在有壓力管路中流動(dòng)的液體，由于某種外界原因，使得液體流速發(fā)生突然變化，并由于液體的慣性作用，引起壓強(qiáng)急劇升高和降低的交替變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為水擊。圖1壓力急劇增大幾十倍到幾百倍噪聲和管路震動(dòng)管路接頭斷裂管路的爆裂管路扁縮損壞水擊發(fā)生的過(guò)程02圖2水擊過(guò)程（a）壓縮階段（b）恢復(fù)階段（c）膨脹階段（d）恢復(fù)階段（a）壓縮階段（1）壓縮階段dL段液體突然停止；壓力由P上升至P+?P;液層收到壓縮，管壁發(fā)生膨脹，截面增大；壓縮逐漸向左傳播，速度為C0；時(shí)間t1=L/C0內(nèi)，整個(gè)管內(nèi)壓力升高?P；液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能和管道形變彈性能。圖3水擊過(guò)程（b）恢復(fù)階段（c）膨脹階段（d）恢復(fù)階段令：閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間Ts直接水擊：閥門(mén)處的壓強(qiáng)變化值達(dá)到水擊所能引起的最大值。間接水擊：閥門(mén)處所受到的壓強(qiáng)小于直接水擊的壓強(qiáng)。水箱水擊危害的預(yù)防03延長(zhǎng)閥門(mén)的啟閉時(shí)間縮短管路長(zhǎng)度L增大管徑蓄能器低壓管路安裝橡膠管2、水擊現(xiàn)象的利用——水錘泵step1：入水管進(jìn)水，閥2由于沖擊力關(guān)閉；step2：繼續(xù)入水，壓力導(dǎo)致閥1開(kāi)啟，閥2繼續(xù)

保持關(guān)閉；step3：水進(jìn)入空氣室內(nèi)，空氣被壓縮；step4：空氣壓力大至可以使水從出水管流出；step5：空氣室內(nèi)壓力下降過(guò)程中，閥1關(guān)閉，

閥2開(kāi)啟。水錘泵工作的循環(huán)過(guò)程閥1閥2流體動(dòng)力學(xué)水擊現(xiàn)象及其預(yù)防contents目錄水擊現(xiàn)象水擊發(fā)生的過(guò)程0102水擊的危害及預(yù)防03水

擊

現(xiàn)

象0123電廠(chǎng)給水系統(tǒng)水擊

湖南華能岳陽(yáng)電廠(chǎng)引進(jìn)英國(guó)GEC公司2臺(tái)362.5MW機(jī)組。自機(jī)組調(diào)試、移交生產(chǎn)以來(lái),高、低壓給水系統(tǒng)多次發(fā)生水擊現(xiàn)象,其中3臺(tái)次造成停機(jī),給電廠(chǎng)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。高壓給水系統(tǒng)兩次水擊事故造成停機(jī)均發(fā)生在2號(hào)機(jī)組。第一次發(fā)生在機(jī)組調(diào)試階段,第二次發(fā)生在帶負(fù)荷340MW運(yùn)行時(shí),鍋爐壓力161MPa,給水壓力191MPa,5號(hào)高壓加熱器水位超高,激發(fā)6號(hào)高壓加熱器給水自動(dòng)跳旁路,緊接著給水泵母管壓力急劇波動(dòng),產(chǎn)生水擊。引起鍋爐給水管道大幅度擺動(dòng),部分吊架拉壞,給水流量取樣管拉斷2根,給水疏水管拉斷3根,水大量外噴,水汽彌漫機(jī)房和鍋爐區(qū),機(jī)組被迫停運(yùn)。水擊：在有壓力管路中流動(dòng)的液體，由于某種外界原因，使得液體流速發(fā)生突然變化，并由于液體的慣性作用，引起壓強(qiáng)急劇升高和降低的交替變化，這種