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因为重力是不变的,弹力是与位移X有关,当这两个力同时取微分后,重力的微分为零,导致公式中就没有重力了。能量对时间的导数是能量随时间的变化,能量对距离的导数是能量随距离的变化。可以用能量法和牛顿二定律。...
研究水和其他液体的运动规律及其与边界相互作用的学科。又称液体动力学。液体动力学和气体动力学组成流体动力学。液体动力学的主要研究内容如下:①理想液体运动。可忽略粘性的液体称为理想液体,边界层外的液体可视...
飞行动力学(AIRCRAFT DYNAMICS ) 是研究飞行器在空中的运动规律及总体性能的科学。所有穿过流体介质或者是真空的运动体,统称为飞行器。主要包括航天器、航空器、弹箭、水下兵器等。研究弹...
地下水动力学(绪论)
地下水动力学(绪论)——地下水动力学 地下水水力学(Hydraulics of Groundwater) 多孔介质流体动力学 (Dynamics of Fluids in Porous Media) 研究对象 渗流-多孔介质中流体的运动 流体-水、油、气 多孔介质-由骨架和空隙构成...
土动力学三土的动力指标及其测定
土动力学三土的动力指标及其测定——黄土是第四纪形成的一种特殊的土状堆积物。颜色主要呈黄色或褐黄色,以粉土颗粒为主,富含碳酸盐,具有大孔隙,垂直节理发育,具有湿陷性。凡具备上述全部特征的土即为典型黄土,与之类似但有的特征不明显的土称为黄土状土。...
有以下四个方面:
比气体大得多,如水的密度约为空气的800倍。在同样的速度下,水流的动压力和驱动水流所需的功率也都远大于气流。这就要求测量水流场的仪器的支杆和传感器的某些零件有较大的强度和刚度。用实验方法测量水的附连质量是水动力学的一个重要内容。
水体因为存在自由面而出现一些复杂现象:如风吹过水面和舰船水面扰动;海流和潮汐运动;高速水流引起的水气二相流;容(包括气垫船等)在水面航行所引起的波动;鱼雷和导弹入水、出水所引起的器和明渠中的无压流等。在这些情况下,重力起重要作用,有时表面张力也不能忽略,又因存在粘性力,就要求在模型实验中有两个或两个以上的无量纲参数同原型的相等,从而带来不少困难。为此,常先满足弗劳德数相等的条件,再修正其他因素的影响。
当液体温度升高、压力降低时,蒸发速率增大,甚至出现剧烈相变现象。液体流场内某一区域压力降低到该液体饱和蒸气压力(饱和蒸气压力同液体的种类和温度有关,如15℃时水的饱和蒸气压力为0.0169大气压)以下,就会出现空化现象。空化现象出现以后,流场不再是连续相,一部分为空泡所占据,这就是有空泡的流动(见空泡流理论)。在工程上,水流(如过水坝和其他水工结构中的水流)或物体(如水翼、船的螺旋桨和舵、水下导弹和鱼雷等)运动速度提高,就会出现空化现象和空泡流动。空化起始与空泡流动的实验是水动力学实验的重要内容。空泡实验的常用设备有各种类本身的起始空化数越小越好,以便进行起始空化数小的模型实验。降低空化数的常用方法是降低水流压力。因此,水洞型的水洞和变压空化拖曳水池。任何空化实验设备都必须能改变空化数的值,的循环水管必须是气密的,可抽真空,也可加压进行深潜物体实验。
若模型实验中的g值与原型的相同,即
很多水动力学模型实验不能做到雷诺数相似的另一个原因是模拟对象有尺寸大于模型的特点。例如,原型船/秒,模型长度取为原型的,模型实验介质用与原型相同的水。为了做到雷诺数相似,模型速度就必须为240节,即
以下列举几个实例说明水动力学实验理论如何应用于实际。
排水量船阻力实验 用D表示总阻力,S表示湿面积,根据对此问题的理解,应用量纲分析方法得出,在几何相似条件下,有下列关系:
因Fr和Re在原型和模型中相等的条件是不能同时满足的,实验中常维持Fr在原型和模型中相等。为了解决Re不等的问题,弗劳德近似地写成:
式
原型和模型的
船和水中武器运动性能实验 这类实验须考虑动体的总质,转动惯量和浮心坐标)。相似参数包这些实验要在拖曳水池、旋臂水池、耐波性水池、风洞、水洞和出入水实验室等设备内进行。
物体从空气中经过气水交界面进入水中的过程称为入水;物体与自由水面碰撞但并不穿过水面完全进入水中,称为撞水,撞水是入水的初期过程。水上飞机在水面上降落,航天飞船仪器舱和座舱在海面上溅落都是撞水的实例,而鱼雷和反潜导弹则都有入水过程。
速度不高的撞水实验的参量有:代表撞水物体几何形状的具有长度量纲的几何参量
因为撞水具有冲击性质,惯性力是主要的,雷诺数可以忽略。钝头物体高速撞水要考虑水和空气的可压缩性;模型的弹性也要作到相似。这时可忽略弗劳德数,而考虑马赫数。
对于高速物体入水实验,除上述相似参数外,还要考虑空泡数。入水物体尾部的空泡与一般空泡不同,前者中的气体主要是尾随物体冲入水中的空气,水面上空气的压力pa和密度ρa是重要参量。为使空泡数不变,必须降低模型实验中的水面压力,但压力一降低,水面上空气的密度会随着降低,从而破坏了空泡闭合过程的相似。为了做到空泡闭合过程相似,入水实验中采用重气体。若模型很小,为使韦伯数不比原型值小很多,常在水中加微量气溶胶以减小表面张力。入水实验需在专门设备中进行。
水轮机能产生多大功率、水泵需要多大功率都是重要的实验课题。今就水轮机的功率实验为例加以说明。设水轮机和流道的几何形状由长度l1,l2,…和直径D决定;通过水轮机的流量Q除同g、μ和水头H有关外,还同每秒转数n有关。因为空化是水轮机运转中的重要问题,参量中还须包括水的饱和蒸气压pV。流量的函数关系可写成:
组成无量纲的参数后可得:
同样,对于功率P可得:
模型实验常做不到使模型的全部无量纲参数和原型相等,有时只能维持
《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》内容简介:原书名为“Hydrodynamics and Water Quality: Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries”,是美国著名出版商John Wiley&Sons在公司成立200周年之际特别推出的一部代表性著作。《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》反映了当代地表水环境数值模拟的前沿理念和最新成果,一出版即获美国专业界的高度评价,并成为美国该研究领域的必备参考书。作者季振刚博士是美国纽约州和佛罗里达州认证的专业工程师,多年从事水动力学、流体力学、底泥疏浚和水质方面的研究。书中全面而系统阐述了水环境及其模拟的原理、基本物理过程、数学描述和工程应用,是一部地表水环境模拟的专著。从取材到结构安排,结合大量的模型案例,都体现了作者的匠心独运,使该书具有极高的实用价值。鉴于此,我们将《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》翻译过来,期望能为国内从事水动力和水环境研究的相关学者、研究生和大学生提供一本关于水环境及其模拟的重要参考书,也期望《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》中文版的出版能对国内相关领域的发展起到一定的推动作用。