作业帮请问“自由旋涡”和“强制旋涡”,两者有什么区别?请学过流体力学的朋友回答!
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/01 10:22:12
请问“自由旋涡”和“强制旋涡”,两者有什么区别?请学过流体力学的朋友回答!
请问“自由旋涡”和“强制旋涡”,两者有什么区别?请学过流体力学的朋友回答!请问“自由旋涡”和“强制旋涡”,两者有什么区别?请学过流体力学的朋友回答!
自由涡流理论和强制涡流理论两种理论方法均假设：
1)流体作稳定定常流动,流体充满管道,不含气泡；
2)流体具有不可压缩性和流动连续性；
3)弯管弯曲角为90,保持同一曲率半径,弯管本身的椭圆度可忽略不计,管内壁光滑.
自由涡流理论：
理论认为弯管中的流体是绕弯管的曲率中心作自由旋转运动,由伯努利方程,并忽略流体流动过程中流体内部之间的摩擦力,得到弯管内流体的速度分布为：
v=C1/R （1）
式中：C1为积分常数,m2／s；R为曲率中心到管内某点的距离,m.
由式(1)可见,流体沿弯管流动时,随曲率半径的增大,流体流速逐渐降低,而流体压力则逐渐增大.其流体流动的速度分布如图1(a)所示.
对于水平弯管,理想流量与弯管内外压力差之间的关系式为：
式中：Q.为通过弯管的理想流量,m3／s；C.为只与弯管几何尺寸有关的系数；△p为弯管45.角方向截面内外侧压力差,Pa；P为流体的密度,kg／m3；r0为弯管的内半径,m；Ro为弯管中心的曲率半径,m.
对于凝汽器入El的垂直弯管,本文经过推导,得：
强制涡流理论：
理论认为流体在弯管内的旋转运动如同刚体的旋转运动,而引起流体作旋转运动的外力来源于弯管管壁的表面作用力.这个作用力迫使流体作向心加速运动,从而实现了流体的旋转运动.
该理论首先假定弯管内流体的速度分布为：
式中：C：为常数.
由式(5)可以看出,随曲率半径的增大,流体流速逐渐增大,而流体压力也逐渐增大.其流体流动的速度分布如图1(b)所示.
由该理论借助于牛顿第二定律得到通过水平弯管的理想流量为：
式中：Cd为只与弯管几何尺寸有关的系数.
对于垂直弯管,经过推导得：
两种理论模型的对比分析：
由式(4)和(8)可以发现,二者的差别仅在于其系数Ce1和Ce2.通过计算对比可以发现,当x≥5时二者的数值比较接近,也就是依据此时自由涡和强制涡理论得到的弯管内的理想流量数值比较接近.
