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机械能衡算方程什么时候加一

发布时间: 2021-02-17 19:34:42

『壹』 液体流速越大,压力越小。但是为什么高压流体会感觉到很大的压力,这个怎么解释。哪位能解释一下,谢谢。

对同一连续性流体,它具有位能(高度决定)、速度能(流速决定)及压力能三种形式专的能量,它们之间可属互相转换,这是你说的“液体流速越大,压力越小”,如在管道内的连续性流体,在不考虑阻力损失时,当管道直径缩小时,流速增加,相对于直径大流速小的地方压力要小。
“但是为什么高压流体会感觉到很大的压力”既是高压流体,当然压力很大,是不是“高速”流体?如管道内的流体的速度,是要由压力“推动”产生的,没有压力差不可能有高的流速,它要克服管道阻力。因此,高速流动的流体必需具备高的压力。如喷射出来的高速流体,被你用手正面挡一下,流体的流速一下变为“0”,速度能变成压力能,当然你觉得其压力很大,如你从侧面接近它,流体的速度没有变,可能你的手还有被吸(负压)的感觉。过去打蚊子的喷雾器就是根据这个道理制成的。

『贰』 能量衡算方程

动量和冲量:动量:P
=
mV
冲量:I
=
F
t
动量定理:物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化.
公式:F合t
=
mv’
一mv
(解题时受力分析和正方向的规定是关键)
动量守恒定律:相互作用的物体系统,如果不受外力,或它们所受的外力之和为零,它们的总动量保持不变.(研究对象:相互作用的两个物体或多个物体)
公式:m1v1
+
m2v2
=
m1
v1‘+
m2v2’或p1
=一p2
或p1
+p2=O
适用条件:
(1)系统不受外力作用.(2)系统受外力作用,但合外力为零.
(3)系统受外力作用,合外力也不为零,但合外力远小于物体间的相互作用力.
(4)系统在某一个方向的合外力为零,在这个方向的动量守恒.
18

:W
=
Fs
cos
(适用于恒力的功的计算)
(1)
\x09理解正功、零功、负功
(2)
功是能量转化的量度
重力的功------量度------重力势能的变化
电场力的功-----量度------电势能的变化
分子力的功-----量度------分子势能的变化
合外力的功------量度-------动能的变化
19
动能和势能:动能:Ek
=
重力势能:Ep
=
mgh
(与零势能面的选择有关)
20
动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量).
公式:W合=
Ek
=
Ek2
一Ek1
=
21
机械能守恒定律:机械能
=
动能+重力势能+弹性势能
条件:系统只有内部的重力或弹力做功.
公式:mgh1
+
或者
Ep减
=
Ek增

『叁』 机械能衡算式的表达形式与能量单位

能量用焦耳啊。 W=Q+J

『肆』 机械能衡算式的两截面机械能守恒吗

机械能及其守恒定律
一、功
1、概念:力和力的方向上的位移的乘积。
2、公式:W=F l cosα;α<°时,W为正;α=90°时,W=0;α>90°时,W为负
3、特点:功是过程量:做功的过程是能量转化的过程。
功是标量:有正、负,注意正、负功的意义。
二、功率
1、概念:功跟做功所用时间的比值。
2、物理意义:表示做功的快慢
3、公式:P=W/t.
平均功率:P=W/t=Fvcosα
瞬时功率:P=Fvcosα
4、单位:瓦特(W)或焦/秒(J/s)
常用单位:千瓦(kW) 1kW =103 W
5、应用:机车启动问题。
P=Fv :P为机车输出功率,F为机车牵引力。
6. 关于定义式的说明
①它是普遍适用的,不论恒力做功和变力做功
②它表示时间t内的平均功率,只有当物体匀
速运动时才等于瞬时功率
③应注意P、W、t 的同一性
④因为功有正负之分,故功率也有正负之分
三、额定功率和实际功率
1、额定功率(P额): 发动机在正常条件下可以长时间工作的最大功率。
2、实际功率(P实):发动机在实际工作时的功率。
正常工作时 P实≤P额
偶尔可以 P实>P额
四、功率与速度P=W/t
1、如果求解平均功率,式中v为平均速度;
求瞬时功率时,v为瞬时速度;
必须注意:F 和v 的同时性
2、在汽车等交通工具一类问题中,式中P 为发动机的实际功率,F 为发动机的牵引力, v 为汽车的瞬时速度
3、力与速度不共线时的表达式P =Fv cosα
4、机车的功率、牵引力与速度关系
P一定时:力F与速度v成反比
v一定时:力F与功率P成正比
F一定时:功率P与速度v成正比
五、动能
1.物体由于运动而具有的能量叫做动能。
2.探寻物体动能表达式:W=mv22/2-mv12/2
m的物体,在与运动方向相同的恒力F作用发生一段位移l,速度由v1增加到v2,求这个过程F做的功与v1、v2关系
3.物体动能表达式Ek=mv2/2
4.动能定理:W=mv22/2-mv12/2-------W=Ek2-Ek1
力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化即末动能减去初动能。
理(1)对任何过程的恒力、变力;直线运动、曲线运动;时间长或短过程都能运用。
2)这里的W指合力做功。或者外力做的总功。
(3)△Ek =Ek2-Ek1表示物体的动能的变化量,物体的动能可能是增加的(加速过程,△Ek﹥0),也可能减少(减速过程,△Ek﹤0)。
5.应用动能定理解题步骤
1) 明确对象和过程(单个物体)
2) 作二分析: ⑴受力分析
⑵运动情况及过程分析,确定初、末速度
3) 确定各力做功及正负
4) 建方程
六、重力势能
1.物体运动时,重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关。
WG=mgh1-mgh2
重力势能是标量,单位是焦耳(J)或者:Kgm2/s2 等等
2.WG=EP1-EP2
1)当物体由高处向低处运动时:重力做正功,即WG>0,EP1>EP2重力势能减小
2)当物体由低处向高处运动时:重力做负功,即WG<0,EP1<EP2重力势能增大
3)重力势能具有相对性,通常选一个参考面,处在参考面的物体的重力势能为0.
七、弹性势能
发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用,也具有势能,这种势能叫做弹性势能。
EP=kΔl2/2 (利用三角形面积求)
八、机械能守恒定律
1、内容:在只有重力或弹力做功的系统内,动能和重力势能发生相互转化时,机械能总量保持不变。
2.、公式
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
3、条件:只有重力或弹力做功
例题:1、下列各种运动中(不计空气阻力),机械能守恒的
A.水平抛出的物体
B.匀速直线运动的物体
C.匀加速上升的飞机
D.光滑曲面上自由滑动的物体
2、从高为h的地方自由落体,落到地面时的速度是多少?
3、一物体在高为h=2m光滑斜面上从顶端A点静止下滑,求到达斜面底端B点的速度大小为多少?(斜面静止)
4、从地面上竖直向上抛出一个物体,初速度大小为v0,不计空气阻力,
1)物体上升最大高度多少?
2)当物体的重力势能和动能相等时,物体的高度为多少?此时速度大小为多少?
5、20t的汽车在水平路面上以a=0.1m/s2作匀加速直线运动,汽车受到的阻力为车重的0.05倍.求从静止起经过20s时,
1)牵引力、阻力、合力及发动机的瞬时功率
2)在1min内发动机的平均功率?
3)若汽车以20m/s的速度匀速运动,则发动机输出功率怎样?
6、m=2Kg的物体,受到与水平方向成370斜向推力F=10N的力,移动s1=2m,撤F,再移s2=1.6m, μ=
0.2,求WF=?
Wf=?W总=?
第七章 机械能守恒定律
一、选择题
1.质量为m的小物块在倾角为α的斜面上处于静止状态,如图所示。若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动,通过一段位移s。斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是( )
A.摩擦力做正功,支持力做正功
B.摩擦力做正功,支持力做负功
C.摩擦力做负功,支持力做正功
D.摩擦力做负功,支持力做负功
2.在粗糙水平面上运动着的物体,从A点开始在大小不变的水平拉力F作用下做直线运动到B点,物体经过A、B点时的速度大小相等。则在此过程中( )
A.拉力的方向一定始终与滑动摩擦力方向相反
B.物体的运动一定不是匀速直线运动
C.拉力与滑动摩擦力做的总功一定为零
D.拉力与滑动摩擦力的合力一定始终为零
3.材料相同的A、B两块滑块质量mA>mB,在同一个粗糙的水平面上以相同的初速度运动,则它们的滑行距离sA和sB的关系为( )
A.sA>sB B.sA = sB C.sA<sB D.无法确定
4.某人在高h处抛出一个质量为m 的物体,不计空气阻力,物体落地时速度为v,该人对物体所做的功为( )
A.mgh B.
C.mgh + D.-mgh
5.如图所示的四个选项中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A、B、C中的斜面是光滑的,图D中的斜面是粗糙的,图A、B中的F为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A、B、D中的木块向下运动,图C中的木块向上运动,在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是( )
A B C D
6.在下面列举的各个实例中,哪些情况机械能是守恒的?( )
A.汽车在水平面上匀速运动
B.抛出的手榴弹或标枪在空中的运动(不计空气阻力)
C.拉着物体沿光滑斜面匀速上升
D.如图所示,在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧,把弹簧压缩后,又被弹回来
7.沿倾角不同、动摩擦因数μ相同的斜面向上拉同一物体,若上升的高度相同,则( )
A.沿各斜面克服重力做的功相同
B.沿倾角小的斜面克服摩擦做的功大些
C.沿倾角大的斜面拉力做的功小些
D.条件不足,拉力做的功无法比较
8.竖直上抛一球,球又落回原处,已知空气阻力的大小恒定,则( )
A.上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功
B.上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
C.上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D.上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率
9.重物m系在上端固定的轻弹簧下端,用手托起重物,使弹簧处于竖直方向,弹簧的长度等于原长时,突然松手,重物下落的过程中,对于重物、弹簧和地球组成的系统来说,下列说法正确的是( )
A.重物的动能最大时,重力势能和弹性势能的总和最小
B.重物的重力势能最小时,动能最大
C.弹簧的弹性势能最大时,重物的动能最小
D.重物的

『伍』 什么时候列机械能守恒式子什么时候列伯努利方程

伯努利方程是基于能量守恒的观点,描述的是不可压缩流体稳流条件(或称为稳态条件)下的动能+势能和压力能的守恒关系,一个重要的前提假设是流体的粘滞力(由黏度和速度梯度所引起的剪切应力)可以忽略不计。回到之前的机械能守恒方程,实际的流动过程,机械能是不守恒的,因为在粘滞力(摩擦力,因其方向与速度梯度方向相反)的作用下一部分机械能会转化为热能,即功向热发生转移,这一项,也就是所谓的管道阻力会出现在机械能变化方程的一侧,而为了实现过程的守恒,以满足流体流动达到我们所要设定的目标,往往在方程的另一侧从外加引入功,如泵送功,以平衡方程,实际上也是通过泵或其他压力输送设备,提供一定的功,来克服管道所带来的阻力,这也是选泵的基础。简而言之,伯努利方程可被视作理想化的机械能守恒方程,也就是说无粘滞力和外功输入的流动系统的机械能守恒方程就是伯努利方程。在宏观流动过程中一个更为通用的方法是奈维-斯托克斯方程,它是由质量守恒方程(也成为连续性方程)和动量衡算方程(也成为运动方程)构建的通用方法,从这个通用的N-S方程的观点出发,伯努利方程、欧拉方程、斯托克斯方程等都可视为他的特例,但需要注意的是伯努利方程的构建是基于能量守恒的观点,而N-S方程的构建是基于动量衡算的观点,虽然出发点不同,但结论相同。希望我的解答能够满足你的提问。

『陆』 问问前辈 华东石油大学 化工原理考试大纲

你自己去网站看看,下面也有连接

2009年硕士研究生入学考试大纲
考试科目名称:化工原理 考试科目代码:[820]
一、 考试要求:
1) 闭卷考试,不允许携带任何书籍或参考资料入场。
2) 需要携带计算器、尺子等文具。
二、考试内容:
绪论 0—1 化工过程与单元操作 0—2 单位与单位换算 0—3 物料衡算、热量衡算、过程平衡关系及过程速率
熟练掌握物料衡算和热量衡算的基本原理、单位换算;了解其他相关内容。

第一章 流体流动 第一节 流体及其主要物理性质
第二节 流体静力学
1—1 流体的静压强
1—2 流体静力学基本方程式
1—3 流体静力学基本方程式的应用
第三节 流体动力学
1—4 概述
1—5 物料衡算——连续性方程
1—6 总能量衡算
1—7 机械能衡算——柏努利方程
第四节 流体在管内的流动阻力
1—8 流体流动型态
1—9 边界层概念
1—10 直管阻力损失和局部阻力损失及其计算
第五节 管路计算
1—11 简单管路计算
1—12 复杂管路计算
1—13 可压缩流体在管内的流动及计算
第六节 流量测量
1—14 孔板流量计
1—15 文丘里流量计
1—16 转子流量计
1—17 测速管
熟练掌握流体的主要物理性质、流体静力学基本方程及其应用、流体流动的连续性方程、柏努利方程及其应用、流体流动状态、阻力计算和简单管路计算;
了解不稳定流动的基本计算、可压缩流体在管内的流动及基本计算、边界层基本概念及应用、复杂管路特性、流量测量。
第二章 流体输送机械
第一节 液体输送机械 2—1 离心泵的操作原理、构造与类型 2—2 离心泵的主要性能参数 2—3 离心泵的理论压头与实际压头 2—4 离心泵的特性曲线 2—5 离心泵的安装高度 2—6 离心泵的工作点 2—7 离心泵的选用、安装和操作
2—8 往复泵 2—9 其它类型的泵 第二节 气体输送机械 2—10 通风机
2—11 鼓风机
2—12 压缩机
2—13 真空泵
熟练掌握离心泵操作原理、构造与类型、主要性能参数、理论压头与实际压头、特性曲线及影响因素、离心泵的安装高度、离心泵的工作点及流量调节、离心泵的选用、安装和操作。
了解往复泵及其它类型的泵的相关知识,气体输送设备的基本概念及基本计算。

第三章 非均相物系的分离
第一节 颗粒与颗粒床层的特性
第二节 沉降
3—1 重力沉降及设备

3—2 离心沉降及设备 第三节 过滤 3—3 过滤的基本概念 3—4 过滤基本方程 3—5 过滤设备及其操作
3—6 过滤计算
第四节 离心分离
3—7离心分离的一般概念
3—8影响离心分离的主要因素
3—9离心机的结构、操作与计算
熟练掌握重力沉降、离心沉降和恒压过滤(包括间歇操作和连续操作)的基本原理及计算;了解离心分离的基本概念。
第四章 固体流态化和气力输送
第一节 固体流态化
4—1流化床基本概念及现象
4—2流化床的主要特性
4—3流化床的操作
4—4气力输送
熟练掌握固体流态化的基本概念;了解气力输送过程的基本概念。
第五章 传热
第一节 概述
第二节 导热 5—1导热速率方程
5—2导热系数
5—3平壁的稳定导热
5—4圆筒壁的稳定导热
5—5球形壁的导热
5—6不稳定导热简介
第三节 对流传热
5—7对流传热速率方程——牛顿冷却定律
5—8影响对流传热膜系数的因素
5—9 因次分析的应用
5—10对流传热膜系数的准数关联式
第四节 沸腾与冷凝给热

第五节 两流体间传热计算 5—11 热量衡算方程 5—12 传热速率方程
5—13总传热系数
5—14 平均温度差
5—15传热单元计算
5—16 综合传热及设备热损失的计算
熟练掌握导热和对流两种传热方式的基本概念及计算、两流体间传热计算的对数平均温差法。了解不稳定传热的基本概念及计算、传热单元数法的基本计算原理和设备热损失。
第六章 换热器
第一节 间壁式换热器的类型
第二节 列管式换热器的基本结构
第三节 换热器标准系列
第四节 列管式换热器的选用及校核计算
第五节 传热过程的强化及新型换热器简介
熟练掌握列管式换热器的基本结构、传热过程的强化方法;了解常见换热器的基本结构及列管式换热器的选用及校核。
第七章 辐射传热及管式加热炉

第一节热辐射的基本概念 第二节黑体热辐射的基本定律
7—1 普朗克定律
7—2 斯蒂芬——波尔兹曼定律
7—3 兰贝特定律
第三节 固体的热辐射
第四节 气体的热辐射
第五节 辐射换热
7—4角系数
7—5灰表面间的辐射换热
7—6气体与包壳间的辐射换热
第六节 管式加热炉概述
第七节 燃料的燃烧
7—7 燃料的种类、组成及发热值
7—8 理论空气用量及过剩空气系数
7—9 全炉热效率
熟练掌握辐射传热的基本概念及基本定律;角系数和有效辐射的基本概念及简单计算、黑表面及灰表面的辐射换热计算。
了解加热炉基本炉型、加热炉主要技术指标、管式加热炉基本结构、炉用燃料的分类、管式加热炉主要性能指标及影响因素。
第八章 传质过程导论
第一节 概述
第二节 扩散与单相传质
8—1 分子扩散与费克定律
8—2 双组分混合物中的一维稳定分子扩散
8—3 扩散系数
8—4 涡流扩散与对流传质
掌握分子扩散的基本概念及一维稳定分子扩散的计算。
第九章 吸收
第一节 概述
9—1 吸收过程在石油化学工业中的应用
9—2 吸收剂的选择
第二节 吸收的相平衡关系
9—3 气体在液体中的溶解度
9—4亨利定律
第三节 吸收过程的机理及传质速率
9—5 吸收过程的机理
9—6 传质速率方程式
第四节 吸收塔的计算
9—7 全塔物料平衡和操作线方程式
9—8 最小液气比及液气比的选择
9—9 填料塔填料层高度的计算
9—10理论板数的计算
9—11 解吸过程
第五节 传质系数和传质理论
第六节 其他条件下的吸收过程

熟练掌握吸收过程基本原理、双膜理论、单组分低浓度等温物理吸收的基本概念及计算,特别是吸收剂用量及填料层高度的确定。了解其他传质理论模型、吸收过程所需理论塔板数的计算及解吸过程基本计算。
第十章 蒸馏

第一节 概述 第二节 二元理想溶液相平衡
10—1 混合物的泡点和露点
10—2 低压下的汽液相平衡
10—3 高压下汽液相平衡
10—4 恒压相平衡图
10—5 以相对挥发度表示的相平衡关系
第三节 二元非理想溶液的相平衡
第四节 精馏原理
10—6 汽化与冷凝
10—7 精馏过程
第五节 二元连续精馏塔的计算与分析
10—8 工艺计算任务 10—9 全塔物料平衡 10—10 理论板数的计算
10—11 实际塔板数与精馏塔的效率
10—12 精馏塔的热平衡
10—13 精馏塔的操作因素分析
10—14 二元精馏过程的几种特殊情况
10—15 理论板数的简捷算法
第六节 其他蒸馏方式
第七节 多元精馏
10—16 流程方案的选择
10—17 全塔物料衡算(清晰分割)
熟练掌握蒸馏的基本原理、二元连续精馏过程的基本计算(特别是理论塔板数的计算)、操作因素分析、多元蒸馏过程流程方案选择。了解间歇蒸馏方式、精馏热量衡算。
第十一章 萃取
第一节 概述
第二节 萃取的基本原理
11—1 液—液相平衡
11—2 三角形相图
11—3 萃取剂的选择
第三节 萃取过程的计算
11—4 单级萃取过程
11—5 多级错流过程
11—6 多级逆流过程
熟练掌握萃取过程的基本原理、相平衡关系及影响因素、萃取过程计算(单级、多级逆流和多级错流)
第十二章 汽液传质设备
第一节 板式塔
12—1 塔板的结构及类型
12—2 塔板的工作情况
12—3 塔径和塔高的决定
12—4 塔板的初步设计
12—5 塔板水力学计算
第二节 填料塔
12—6 填料塔的结构
12—7 填料种类与特性
12—8 填料塔的水力特性
12—9 填料塔塔径及填料层高度的决定
12—10 填料层压力降
12—12 板式塔与填料塔的比较
熟练掌握板式塔及填料塔的基本结构、构件的形式及作用,塔板水力学校核的项目及塔板负荷性能图;填料的分类、填料水力学特性。
三、 试卷结构:
a) 考试时间:180分钟,满分:150分
b) 题型结构
a:选择与填空(25-35分)
b:分析简答题(25-35分)
c:计 算 题(80-100分)

『柒』 化工原理中什么时候列机械能守恒式子什么时候列伯努利方程呢等式两边相差两个液面流体的动能

伯努利方程是基于能量守恒的观点,描述的是不可压缩流体稳流条件(或称为稳态条件)下的动能+势能和压力能的守恒关系,一个重要的前提假设是流体的粘滞力(由黏度和速度梯度所引起的剪切应力)可以忽略不计。回到之前的机械能守恒方程,实际的流动过程,机械能是不守恒的,因为在粘滞力(摩擦力,因其方向与速度梯度方向相反)的作用下一部分机械能会转化为热能,即功向热发生转移,这一项,也就是所谓的管道阻力会出现在机械能变化方程的一侧,而为了实现过程的守恒,以满足流体流动达到我们所要设定的目标,往往在方程的另一侧从外加引入功,如泵送功,以平衡方程,实际上也是通过泵或其他压力输送设备,提供一定的功,来克服管道所带来的阻力,这也是选泵的基础。简而言之,伯努利方程可被视作理想化的机械能守恒方程,也就是说无粘滞力和外功输入的流动系统的机械能守恒方程就是伯努利方程。在宏观流动过程中一个更为通用的方法是奈维-斯托克斯方程,它是由质量守恒方程(也成为连续性方程)和动量衡算方程(也成为运动方程)构建的通用方法,从这个通用的N-S方程的观点出发,伯努利方程、欧拉方程、斯托克斯方程等都可视为他的特例,但需要注意的是伯努利方程的构建是基于能量守恒的观点,而N-S方程的构建是基于动量衡算的观点,虽然出发点不同,但结论相同。希望我的解答能够满足你的提问。

『捌』 龙卷风的动力学

龙卷风结构原理分析

一、龙卷风
龙卷风是一种破坏力极大的灾难性自然现象。

据报道,在1999年5月27日,美国得克萨斯州中部,包括首府奥斯汀在内的 4个县遭受特大龙卷风袭击,造成至少32人死亡,数十人受伤。

龙卷风是从强流积雨云中伸向地面的一中小范围强烈旋风。龙卷风出现时,往往有一个或数个如同“象鼻子”样的漏斗状云柱从云底向下伸展,同时伴随狂风暴雨、雷电或冰雹。龙卷风漏斗状中心由吸起的尘土和凝聚的水气组成可见的“龙嘴”。龙卷风经过水面,能吸水上升,形成水柱,同云相接,俗称“龙取水”。经过陆地,常会卷倒房屋,吹折电杆,甚至把人、畜和杂物吸卷到空中,带往他处。

一般情况下,龙卷风是一种气旋,它是大气中最强烈的一种涡旋现象。龙卷风出现的时间和大气中对流旺盛的时间相一致,主要出现在夏季6-9月,春末夏初也偶发生,尤以下午至傍晚最为多见。影响地面范围从数米到几十上百公里,龙卷风的直径一般在十几米到数百米之间。龙卷风的生存时间一般只有几分钟,最长也不超过数小时。风力特别大,在中心附近的风速可达100-200米/秒。
大多数龙卷风在北半球是逆时针旋转,在南半球是顺时针,也有例外情况。

二、龙卷风与能量

龙卷风中蕴含的能量是巨大的。当龙卷风的漏斗状旋涡直径为200米时,其旋流功率可达3万兆瓦,相当于10座大型水电站的总电量。 (摘自《科技之友》龙卷风)

龙卷风把江河湖海的水吸入后,通过漏斗状旋涡,急剧上升,送到寒冷的大气层,水冻结后自然又会释放能量。

和龙卷风结构相仿的涡流,如旋风分离器、直升机螺旋桨、电扇、轴流式风机叶轮等设备形成的气流,就是利用模仿龙卷风结构和原理来为我们服务的。

三、龙卷风形成的机理

设存在一个二维的气流场,有能压差存在,气流就会运动,假设现在存在一股气流开始运动,我们把这股气流分为头部和尾部,在头部向前运动时,它的尾部后就会出现一个“负”压区,就好象一辆行驶的汽车后面有一个尾随的“负”压区一样,如果这股气流不是一直沿直线向前运动,就会回过头来运动,这时,就会出现“头”、“尾”之间存在的能压差!于是,“头”部就会循着“尾”部的“负”压区追去,使“头”和“尾”衔接在一起(就像蛇咬住了自己的尾巴),形成一个闭合的有序流动的“能流圈”。

根据机械能衡算的柏努利方程知道,当这股气流运动动能增加时,它的“内部”能压就会降低(机械能守恒),于是奇迹发生了:“能流圈”内外侧的气流因为能压高于“能流圈”的能压,所以,不断有气流挤着涌向“能流圈”,使“能流圈”开始逐渐变“粗大”,有就是说,气流在“能流圈”内的流通面积变大了!

流通面积越大,流动越有序(即形成了滞流),阻力就越小,所以气流的流速也开始逐渐变大!速度越大——负压越大——补充进来的气流量就越多——“能流圈”越变得“粗大”,而且在“能流圈”外部的压力作用下,“能流圈”的密度也增加了。

当“能流圈”内侧的气流涌向“能流圈”时,能压越来越低,使“能流圈”(直径)不断变小,如果这时候“能流圈”的流动没有新的方向突围,就会被外侧气流的能压挤跨而涣散、消失。

现在,我们再回到三维空间和气象中的龙卷风去。因为“能流圈”的密度比较大,所以,它会“坠落”到第三维的方向上。

由于积雨云上下温度相差很大,上面的冷气和下面的热气流形成对流,产生旋转的“能流圈”,逐渐扩大,最后形成近似平行地面的二维“能流圈”,到成长到一定程度时,就会从云中慢慢“坠”到地面,形成了龙卷风。

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