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将动量定理应用于微元流管可以得到沿流线的伯努利方程,它是流体力学中最 重要的方程之一,在工程中运用广泛。
如图流管,设流管各截面上的物理量均匀。任取一微元段dl作为控制体。沿流管中心轴线物理量是l和t的函数,即。若l截面参数以A,
。这里我们仅限于
V,P表示;则处的参数为
讨论理想流体,故控制面上不存在切向力,只有法向力。
对于连续方程可这样建立:
控制体内质量对时间的变化率=流入质量流量-流出质量流量
出口截面流量与进口截面流量相比,差是l的函数。
,同一时刻的质量流量
简化连续方程,得:
沿流线的动量方程:
<<
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注意到重力沿-z方向,
上式可化简:
适当展开上式:
用连续方程,代入,化简:
这就是沿流线的动量方程。
对于定常流动,,,将上式积分,得:
式中
是积分常数,不同流线可以是不同数。上式称作沿流线的伯努利
方程。适用于理想流体,定常流动。
对于不可压流体,,上式可写成:
<<
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动量方程沿流线积分,得到的是能量关系式。第一项是单位重量的动能;第二项是单位重量的压力能;第三项是单位重量的重力势能。三项之和单位重量的总机械能。
上式可写成流体上任意两点间总机械能关系式:
是
若流线在同一水平面内,则
机械能守恒关系式可写成:
此时,显然同一条流线上速度越大,则压力越小;反之速度越小,则压力越大;速度等于0,则压力达最大,此时压力称为滞止压力或驻点压力。
实际上,沿流线机械能有损失,通常用
表示两截面间单位重量流体的
机械能损失,即:
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