您的位置首页百科知识

什么是「伯努利原理」,推导过程是怎样的,有哪些实际应用?

什么是「伯努利原理」,推导过程是怎样的,有哪些实际应用?

的有关信息介绍如下:

什么是「伯努利原理」,推导过程是怎样的,有哪些实际应用?

伯努利原理实质是流体的机械能守恒。其最为著名的推论为:等高流动时,流速大,压力就小。这里我们用一种更本质的推导方式理解伯努利原理。

首先Navier-Stokes方程可写作 流体无粘时,那么 式变为 即欧拉方程。

考虑矢量恒等式 ,则 式可改写为 即兰姆-葛罗米柯方程。

现在尝试通过一些新的假设得到各流动参数之间的简单关系式。

一般来说流体的密度是温度、压强等的函数,这种流体是斜压流体。现在考察正压流体,如匀质不可压缩流体 ,气体等容过程 ,等温过程 ,等熵过程 ,etc)这样就可以定义一个关于压强 的单值数量函数 ,即 和 。

再假设质量力有势,这个假设是因为许多流体都是在重力场下进行。那么可以定义势函数 使得 或 ,取直角坐标系 轴垂直于水平面指向大气。于是对于无粘正压流体,质量力有势的条件下可将兰姆-葛罗米柯方程 改写为

下面阐述伯努利积分。

伯努利积分中,假设流动定常,那么 用流线,定常条件下即迹线微元 点乘上式各项。对于 项,由于微元 与 同向,而 ,因此 。由 ,则上式即 沿流线积分,并假设质量力只为重力,就得到一般形式的伯努利积分,即 式中 为随流线不同而不同的伯努利常数。伯努利积分适用于无粘流体的定常流动,仅沿流线成立。但若各流线的起始处(如无穷远处的均匀起点)具有相同的流动参数,则各流线的伯努利常书也相同,该方程对全流场的任何点都成立。

若流动定常且无旋,则用于点乘的微元 就不必是流线的微元,而可以是任意的,此时 式就变成了该方程对全流场任意点成立。

对匀质不可压缩流体 ,则 式就变成了我们通常看到的伯努利方程的形式: 那么 式表明的意义就是:流场中各点的机械能,即单位质量流体所具有的动能,以压强 向周围流体所做的功、重力势能三者之和为常数,因而不可压缩流体的伯努利方程是一个不含机械能损耗,不考虑机械能输入或输出的机械能守恒方程。

实际上类似伯努利积分,有拉格朗日积分,其考虑的是流体无旋情况下的推论。读者有兴趣可自行推导或者查阅相关资料,推导方式与上述伯努利积分类似。