(1)理想液体的伯努利方程
假设液体为理想液体,并且作恒定流动。如图所示,在理想液体恒定流动中,取一段微小流束ab,a处断面面积为dA1,所受的压力为pl,流速为u1;b处断面面积为dA2,所受的压力为p2,流速为u2。设时间dt内,a断面处的液体质点到达a'处,b断面上的液体质点则到达b'位置。 本文来自www.eadianqi.com
本文来自www.eadianqi.com 表面力所做的功: 本文来自www.eadianqi.com
(1) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 根据液体的连续性原理 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 (2) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 式中dq——流过微小流束a、b断面的流量。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 重力所做的功:: 本文来自www.eadianqi.com (3) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 动能的变化:时间dt内,a'b段流束的液体由于各点运动参数(p、u)都没有发生变化,故动能的变化应等于aa'段和bb'段两段微小流束的动能差。即 本文来自www.eadianqi.com (4) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 根据力学中的动能定律,外力对液体所作的功应等于这段流束的动能的增量,于是 本文来自www.eadianqi.com (5) 本文来自www.eadianqi.com 以液体的重量ρgdqdt除上式并整理得到微小流束的伯努利方程: 本文来自www.eadianqi.com (6) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 因为a、b 断面是任意选取的,所以伯努利方程说明了在同一流束上,所有各点的数值 本文来自www.eadianqi.com
之和为常数。 本文来自www.eadianqi.com 实际液体的运动中,液体将呈现出粘性即产生内摩擦力,因此将造成能量损失。设h'w表示单位重量液体微小流束的能量损失(称阻力水头),于是可得实际液体微小流束的伯努利 本文来自www.eadianqi.com 方程为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 (7) 本文来自www.eadianqi.com (2)实际液体总流的伯努利方程 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 为了将微小流束的伯努利方程推广到总流,可将液体在通流截面上的流动局限于缓变流动(即微小流束或流线间的夹角及流束的曲率都非常小)的范畴,这时将微小流束扩大,由流 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 束外层的流线所组成的流管即可认为是真实圆管。由于实际流速u在通流截面上是个变量, 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 若用平均流速υ来代替实际流速u,则式中的动能就要引起偏差,所以需要引入动能修正系 本文来自www.eadianqi.com 数。于是得到实际液体总流的伯努利方程为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 (8) 本文来自www.eadianqi.com 式中hw——能量损失; 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
αl、α2:——动能修正系数,一般在紊流时取α=1,层流时取α=2。 本文来自www.eadianqi.com 最后还要指出,在应用伯努利方程时,必须把计算断面选取在缓变流动上,但两断面间 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 的流动并不必为缓变流动。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 |