第3章 流体动力学及其工程应用 上次课内容回顾 理想流体微小流束的伯利努方程 考虑损失 实际流体微小流束的伯利努方程 积分实际流体总流的伯努利方程：物理意义——能量几何意义——水头3.7.2 伯努利方程式的工程应用 基本内容：1、测量流速与流量的仪表；2、虹吸现象；3、孔口、管嘴的出流问题。重点：分析方法 如图，对1、2两点列出伯努利方程： ——动压（ ) ——静压（ ） 测压管 测速管 驻点2点处的压强为 液体在弯管内上升的高度为 驻点 一、测量流速与流量的仪表、毕托管(Pitot Tube) 全压 式中 ——流速修正系数，取决于毕托管的外形尺寸和加工精度，其值由实验确定，一般取——两测压管内液柱高差。 实际流速 液体中某点的流速： 迎流孔 顺流孔 接差压计 尾柄 头部 如果测量气流速度 ——管道中气体密度 新型流速测量技术：现代流体力学、空气动力学、热力学、水力学、生态学、以及环境工程、化工工程、航空航天工程、水利水电工程、热能工程、燃烧工程、石油工程等都提出了一系列复杂的流动问题。其中包括高速流、低速流、旋转流、涡流、管道流、燃烧流、振荡流、反向流、两相流等，这些都需要新的测量方法和测量工具，要求新的测量技术和仪器能够适应由单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展。

20世纪90年代以后出现的新流动测量技术：1、热线热膜风速仪（简称HWFA)2、激光风速仪（LDV或LDA）3、相位多普勒技术——两相流测量仪器4、粒子成像速度仪——流场显示技术已知：主管路直径D，喉管直径d；定常流条件下，测压管水头差为，推导管路中实际水流量Q 的计算式。 对过水断面1－1和2－2列出理想流体的伯努力方程 化简得 运用连续性方程 、文丘里流量计（ Meter) 得主管道流速 实际流量 理想情况下的流量 式中——流量系数，主要与管子材料、尺寸、加工精度、安装质量、流体的黏性及其运动速度等因素有关， ——结构常数。文丘里流量计在工程中已得到广泛应用，为了使测得的流量值更接近实际流量，使用时还应注意一些问题：除文丘里流量计外，工程上常用的还有孔板流量计和喷嘴流量计，它们都属于节流式流量计。孔板流量计 喷嘴流量计工程上常用的流量计还有转子流量计、靶式流量计、电磁流量计、超声流量计等。 涡轮流量变送器 1 1 2 2 O O 3 3 二、虹吸现象 H 虹吸原理：如图，对1—1，2—2断面列伯努利方程 由于，所以；，并取，则上式变成 虹吸原理在生产、生活中的应用 1、黄河汲水灌溉 2、高位水箱引水 3、抽水马桶 想一想虹吸原理在生产生活中还有哪些应用？ 将上式就加以整理 出流量取虹吸管最高点所在断面为3—3，对1—1、3—3再列伯努利方程，可知，虹吸管断面3—3处将产生负压。

应用虹吸管输水，可以跨越高地，减少挖方和埋设管路工程。 孔口、管嘴：流体输送过程中测定过流能力的泄流装置。孔口、管嘴出流：工程上常见的水力现象。孔口出流（ Flow)：在容器壁上开一个形状规则的孔，液体经孔口流出的水力现象。（如蓄水池排水口出流） 薄壁孔口：厚壁孔口：，按管嘴考虑。 三、经孔口、管嘴的出流问题 管嘴出流( )：是在孔口上连接一段很短的管子， 流体从此管流出。 应用：水利工程上的闸孔，路基下的有压涵管，水力采煤用的水枪，消防用的龙头，汽油机中的汽化器，柴油机中的喷嘴，火炮中的驻退机，车辆中的减震器，喷射泵以及人工降雨器等都属于孔口或管嘴的应用问题。 小孔口：或大孔口：或 已知:图示一敞口贮水箱,小孔与液面的垂直距离为H(淹深).设水位保持不变. 求：(1)自由出流速度v 解(1)设流动为不可压缩理想流体的定常流动. (2)出流流量Q 对于断面、有 应用伯努利方程求小孔口出流的流速和流量。 整理得 从孔口流出的流量为设小孔面积为A,流股发生收缩后.收缩断面处的截面积为A1,则收缩系数为 实际出流量为 收缩系数ε与孔口边缘状况有关。

式中 ——流速系数，一般为0.96~0.99； 式中——流量系数，与孔口形状，孔口边缘情况和孔口在壁面上的位置这三个因素有关。 对大孔口应考虑速度不均匀分布的影响。 淹没出流时流速、流量计算式与自由出流时的完全相同。 管嘴出流：分为圆柱形管嘴(图a)、圆锥形管嘴(图b)、流线形管嘴(图c)三种。 管嘴出流基本问题: 计算流速和流量 管嘴出流与孔口出流流速和流量计算式相同，只是流量系数不同。 管嘴出流的流动特点：流体进入管嘴后，先在管内收缩，在收缩断面处，流体与管壁分离，形成漩涡区，而后再逐渐扩张以致充满管嘴而流出。由于在管嘴