理论教育 总流伯努利方程式的适用条件说明

总流伯努利方程式的适用条件说明

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:总流伯努利方程式的适用条件是在推导过程中不断引入的。如果流动不是恒定流,伯努利方程将是另一种复杂的形式。④式中p1及p2应采用同一计算基准的压强。图4.14文丘里流量计解 以①及②断面列伯努利方程,即由连续性方程:由水银压差计读数

总流伯努利方程式的适用条件说明

总流伯努利程式(4.13)的适用条件是在推导过程中不断引入的。主要有:①流动为恒定流,不可压缩流体;②质量力只有重力;③过流断面为渐变流;④流量沿程不变。因此,在应用式(4.13)时,必须注意它的适用条件,但是要做到完全满足这些条件,在实际应用中将会遇到许多困难,所以,作如下的补充说明:

①流动为恒定流。如果流动不是恒定流,伯努利方程将是另一种复杂的形式。但是,要做到真正恒定流,在工程实践中是少见的。只能做到“准”恒定流。例如,水库、大容器中的液面变化很缓慢,在这种情况下可作恒定流看待,方程式仍适用。

②作用于液体上的质量力只有重力,所研究的流动边界相对地球是静止的。除摩阻损失外,两断面间没有能量输入或输出,即两断面间没有装入水力机械(如泵或水轮机)。

③所取的两个断面必须是渐变流过流断面,以满足断面上常数的条件,但在两断面之间,不必满足渐变流条件。在根据题意选定渐变流过流断面之后,在断面上选取计算点时,由于常数,可以选取在已知条件较多的点上。例如,容器、水库及河渠中的液面上,管路出口取在管中心点上,因为这些点的z及p常常是已知的。

④式中p1及p2应采用同一计算基准的压强。如同时用绝对压强或相对压强,切不能在方程式中p1为绝对压强,而p2为相对压强。采用那一种压强,要根据计算目的而定。

⑤关于流量沿程不变,方程式在推导过程中流量是沿程不变的,前后两个断面的流量相等。但如果两断面间中途有流量流入或流出时方程式应怎样写呢?

在此研究如图4.11所示的有流量流出的情况。假定主流1—1断面上的流量为Q1,支流断面2—2的流量为Q2,断面3—3的流量为Q3,Q1=Q3+Q2。在分出的节点处,流动为急变流,不满足在该处取断面写方程的条件。为此,在靠近节点的上游处取渐变流断面K—K,并想象将其分成两个断面α1及α2两部分,通过的流量分别等于Q2和Q3。因此,可列出1—1和K—K、K—K、2—2以及K—K和3—3断面的伯努利方程,即

图4.11 两断面间有分流

将式(1)和式(2)相加,得

将式(1)和式(3)相加,得

由此看出,对于两个断面间有分流时,伯努利方程同样可以列出,只是此时摩阻损失应分段按对应的流量分别计算。对于有流量汇入,也可用类似的方法计算。

⑥基准面的选取一定取成水平的,其位置原则上可以任选。但为了计算方便,选取的位置应使z≥0,通常取通过两断面中的最低的那个断面的计算点,以便使其中的一个位置高度z等于零。

⑦动能修正系数,紊流α1≈α2=1,层流α1=α2=2。层流及紊流概念见第6章。

⑧在容器或水库中取断面时,速度水头可忽略不计。

例4.3 有一汽油储油罐如图4.12所示,用直径d=100mm向油罐车装油。已知油的相对密度s=0.68,油罐液面通大气,H=10m,管道长度30m,摩阻损失按计算,式中l为管道长度,求装油流量Q。

图4.12 油罐与装油

解 因装油过程中储油罐液面变化很缓慢,可认为恒定流动。依题意及渐变流条件,断面1—1及断面2—2分别取在储油罐液面及管道出口,并通过2—2断面取水平基准面0—0。

列1—1及2—2断面的伯努利方程,即(www.daowen.com)

因为容器断面相对管道断面很大,v1=0,对黏度与水相近的流体,取α1=α2=1,则上式变为

例4.4 有一离心水泵如图4.13所示。已知Hg=3m,吸水管水头损失hw=0.52mH2O,该泵输水量Q=150m3/h,吸入管内径d=150mm,求该泵吸入口真空表读数为若干mm⁃Hg?

解 取水池液面为基准面,并经过液面取1—1断面,泵吸入口处(装真空表)取2—2断面,列伯努利方程,即

图4.13 离心水泵

式中,

式中即为真空度,于是

例4.5 有一文丘里管流量计如图4.14所示,若水银压差计的读数h=360mmHg,并设从断面①流到断面②的摩阻损失为0.2mH2O,d1=300mm,d2=150mm,水平安装,试求此时通过文丘里管流量计的流量是多少?

图4.14 文丘里流量计

解 以①及②断面列伯努利方程,即

连续性方程

由水银压差计读数

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