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1、第2章 流体动力学知识,2.1流体运动的基本概念2.2流动阻力和水头损失2.3孔口、管嘴出流及气体射流简介,2.1流体运动的基本概念,2.1.1流体运动的基本原理与运动分类2.1.2流体运动的基本方程,2.1.1流体运动的基本原理与运动分类,1.压力流与无压流2.恒定流与非恒定流3.流线与迹线4.均匀流与非均匀流5.元流、总流6.过流断面、流量与断面平均流速,1.压力流与无压流,(1)压力流流体在压差作用下流动时，流体整个周围都和固体壁相接触，没有自由表面。(2)无压流流体在重力作用下流动时，流体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面。,2.恒定流与非恒定流,(1)恒定流
2、流体运动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间的变化而变化的流动称为恒定流动，如图2-1a所示。(2)非恒定流流体运动时，流体中任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化而变动的流动称为非恒定流动，如图2-1b所示。,2.恒定流与非恒定流,图2-1恒定流与非恒定流a)恒定流b)非恒定流,3.流线与迹线,(1)流线流体运动时，在流速场中画出某时刻的一条空间曲线，它上面所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线相切，这条曲线就称为该时刻的一条流线。(2)迹线流体运动时，流体中某一个质点在连续时间内的运动轨迹称为迹线。,4.均匀流与非均匀流,(1)均匀流流体运动时，流线是平行直线的流动称为
3、均匀流。(2)非均匀流流体运动时，流线不是平行直线的流动称为非均匀流。,(2)非均匀流流体运动时，流线不是平行直线的流动称为非均匀流。,图2-2均匀流和非均匀流,5.元流、总流,图2-3元流与总流,6.过流断面、流量与断面平均流速,(1)过流断面(2)流量流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积称为体积流量，用符号Q表示，单位是m3/s或L/s。(3)断面平均流速指断面上各点流速的平均值。,(1)过流断面,图2-4流线与过流断面,2.1.2流体运动的基本方程,1.恒定流的连续性方程式2.恒定总流能量方程式,1.恒定流的连续性方程式,在恒定总流中任取一元流，应用质量守恒定律，流进1-1断面的
4、质量必然等于流出2-2断面的质量。因此，质量流量连续性方程式为 1Q1=2Q2,2.恒定总流能量方程式,图2-5圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线,2.2流动阻力和水头损失,2.2.1流动阻力和水头损失的两种形式2.2.2流体流动的两种形态2.2.3流体沿程阻力(水头)损失2.2.4局部水头损失,2.2.1流动阻力和水头损失的两种形式,1.沿程阻力和沿程水头损失2.局部阻力和局部水头损失,1.沿程阻力和沿程水头损失,流体在长直管(或明渠)中流动，所受的摩擦阻力称为沿程阻力。为了克服沿程阻力而消耗的单位质量流体的机械能除以重力加速度，称为沿程水头损失hf。,2.局部阻力和局部水头损失,图2-
5、6给水管道沿程和局部水头损失,2.2.2流体流动的两种形态,图2-7管中液流的流动形态,2.2.3流体沿程阻力(水头)损失,流体运动时，由于其流态的不同，因此水头损失规律也不相同。 迄今用理论的方法只能推导出层流的沿程水头损失公式。对于紊流，目前采用理论和实验相结合的方法，建立半经验公式来计算沿程水头损失。,2.2.4局部水头损失,在实际水力计算中，局部水头损失可以采用流速水头乘以局部阻力系数后得到，即 hj=v22g 式中局部阻力系数; v过流断面的平均流速；它与值对应; g重力加速度。,2.3孔口、管嘴出流及气体射流简介,2.3.1孔口出流2.3.2管嘴出流2.3.3气体射流简介,2.3.
6、1孔口出流,1.薄壁圆形小孔口的液体自由出流2.淹没出流,1.薄壁圆形小孔口的液体自由出流,如图2-8所示，在水箱水面以下深度为H处的侧壁上开一个圆形小孔，整个水流在溢出孔口时有继续向中心收缩的趋势，直到离开孔口大约为孔口直径的1/2距离处，过流断面达到最小，称为收缩断面，用0表示。0与孔口面积的比值称为收缩系数，在圆形孔口情况下，收缩系数为 =0=0.630.64(2-23),2.淹没出流,图2-8孔口出流,2.淹没出流,图2-9淹没出流,2.3.2管嘴出流,图2-10管嘴出流,2.3.3气体射流简介,1.无限空间湍流射流的特征2.有限空间射流,1.无限空间湍流射流的特征,图2-11气体射流,2.有限空间射流,图2-12有限空间的射流,
