流体流动操作性问题分析

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流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法

流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法

流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法流体力学实验是研究流体在各种条件下的行为和特性的重要手段,而流体力学实验装置的设计和运用直接影响到实验结果的准确性和可靠性。

本文将就流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法展开探讨,以帮助实验者更准确地了解流体力学实验装置的流动特性,并有效进行流体力学实验研究。

一、流动特性分析在进行流体力学实验时,首先需要对流体在实验装置中的流动特性进行分析。

流体在管道、阀门、槽道等装置中的流动受到多种因素的影响,如流速、压力、粘性等。

通过对这些因素的分析和研究,可以更好地理解流体在实验装置中的流动规律,并为实验设计和操作提供依据。

1. 流速分析流速是影响流体在实验装置中流动特性的重要因素之一。

不同的流速会导致流体的流动形态和速度发生变化,进而影响流体的压力分布、阻力等。

因此,在进行流体力学实验时,需要对流速进行详细的分析和测量,并根据实际需要进行调整和控制。

2. 压力分析压力是流体在实验装置中的另一个重要参数,它反映了流体在流动过程中的受力情况。

通过对压力的分析,可以了解流体在实验装置中的压力分布规律,找出存在的问题并进行调整。

此外,压力还与流速、流量等参数密切相关,因此需要综合考虑进行分析。

3. 粘性分析流体的粘性是影响流体流动特性的另一个重要因素。

粘性会影响流体的黏滞阻力、速度剖面等,在实验中需要考虑粘性的影响,并根据实际需要进行适当的处理。

粘性的分析可以帮助实验者更好地了解流体在实验装置中的流动特性。

二、研究方法针对流体力学实验装置的流动特性,研究方法是必不可少的。

合理的研究方法可以帮助实验者更全面、深入地了解流体力学实验装置的流动特性,并有效地进行实验设计和操作。

1. 数值模拟数值模拟是研究流体力学实验装置流动特性的常用方法之一。

通过建立数值模型,模拟流体在实验装置中的流动过程,可以得到流速、压力、粘性等参数的分布情况,并进行分析。

数值模拟可以有效地帮助实验者了解流体在实验装置中的流动规律,并指导实验的设计和操作。

分析流体在管道中的流速问题

分析流体在管道中的流速问题

分析流体在管道中的流速问题在管道中的流速问题是流体力学中的一个重要研究方向。

流体在管道中的流速直接关系到管道流量、压力损失以及管道内部的摩擦力等因素。

本文将通过分析流体在管道中的流速问题,探讨流速的计算方法,以及与其相关的一些实际应用。

一、流速的定义和计算方法在流体力学中,流速是指流体在单位时间内通过某一横截面的体积。

流速的单位一般为米/秒(m/s),常用符号为v。

为了计算管道中的流速,我们需要借助一些数学方法和物理定律。

1.1 泊松方程泊松方程是描述流体静力学的基础方程之一,也可以用于计算管道中的流速。

其数学形式如下:∂(ρv)/∂t + ∇·(ρv^2) + ∇P + ρg = 0其中,ρ表示流体的密度;v表示流体在空间中的速度向量;t表示时间;P表示流体的压力;g表示重力加速度;∇表示对空间变量取梯度。

1.2 流量和面积的关系在管道中,流体的流量指单位时间内流过管道横截面的体积。

流量的计算公式为:Q = Av其中,Q表示流量;A表示管道横截面的面积;v表示流速。

根据流量的定义,我们可以通过计算管道横截面的面积和流量来确定流速的大小。

1.3 流体速度剖面在实际的管道流动中,由于管壁的摩擦阻力等因素的存在,流体的速度不是均匀分布的,而是呈现一定的速度剖面。

通常情况下,流体速度在管道中心最大,在管道边界最小。

二、流体在管道中的流速问题分析2.1 理想流体问题对于理想流体,流速可以通过应用质量守恒定律和动量守恒定律进行分析。

根据连续性方程和牛顿第二定律,可以得到以下结论:- 对于水平管道中的理想流体,流速在整个管道中保持不变。

- 对于竖直管道中的理想流体,流速在不同高度位置上存在差异,且随着高度的升高而逐渐减小。

2.2 摩擦阻力的影响在实际的管道流动中,由于管壁的摩擦阻力等因素的存在,流速存在一定的压力损失。

通常,我们可以采用达西公式来计算管道中的压力损失。

达西公式的数学形式如下:ΔP = λ(L/D)*(ρv^2/2)其中,ΔP表示压力损失;λ表示摩擦系数;L表示管道长度;D表示管道直径。

电磁场作用下流体流动的特性分析

电磁场作用下流体流动的特性分析

电磁场作用下流体流动的特性分析引言电磁场是物理学中重要的研究对象之一,它在许多领域中发挥着重要的作用,尤其是在流体力学中。

流体力学研究了流体在各种力场中的运动和相互作用,而电磁场作为一种常见的力场,对流体流动产生着显著的影响。

本文将对电磁场作用下流体流动的特性进行分析,并探讨其在实际应用中的意义。

电磁场与磁流体力学在研究电磁场作用下的流体流动之前,我们首先需要了解一些基础的磁流体力学知识。

磁流体力学是研究磁性流体在磁场作用下的运动和相互作用的学科。

磁流体具有一些特殊的性质,例如流动性、导电性和磁性等,这使得它在许多领域中有着广泛的应用,如电力工程、航空航天和生物医学等。

磁流体的运动行为磁流体在磁场作用下的运动行为是由磁场力和流体力共同决定的。

磁场力是由磁场对磁流体的作用力产生的,而流体力是由流体的惯性和粘性效应产生的。

磁流体在遵循牛顿力学和麦克斯韦方程的基础上,可以通过求解 Navier-Stokes 方程和磁流体输运方程来描述其运动行为。

磁流体的运动特性受到多个因素的影响,包括磁场强度、磁流体的性质、流体的速度和粘滞系数等。

在不同的应用场景下,这些因素的变化都会导致流体流动的变化,进而影响实际应用的效果。

因此,深入研究电磁场作用下流体流动的特性对于优化流体系统设计和提高流体运动效率具有重要意义。

电磁流体动力学模型为了对电磁场作用下的流体流动进行定量研究,我们需要建立适当的电磁流体动力学模型。

典型的电磁流体动力学模型包括磁流体动力学模型、磁力学模型和磁液体模型等。

磁流体动力学模型是研究磁流体在磁场作用下的运动和相互作用的基本模型,它描述了磁流体受到的力和流体力的平衡关系。

磁力学模型是研究磁场在磁流体中传播和扩散的模型,它描述了磁场的传播特性和磁场与磁流体之间的相互作用。

磁液体模型是研究磁流体在磁场作用下的流动行为的模型,它描述了磁流体的速度和压力分布。

电磁场作用下流体流动的特性在电磁场作用下,流体流动的特性会发生很大的变化,主要表现在以下几个方面:1. 界面变形电磁场可以通过力的作用改变流体的形状和界面的位置。

流体力学实验装置的流体流动失稳分析方法

流体力学实验装置的流体流动失稳分析方法

流体力学实验装置的流体流动失稳分析方法流体力学实验装置是科学研究中常用的实验设备之一,通过这种装置可以对流体的运动规律进行研究与实验。

在流体流动过程中,可能会存在流动失稳的情况,这时就需要对失稳现象进行分析。

下面将介绍一些流体力学实验装置的流体流动失稳分析方法。

首先,对于流体力学实验装置中的流动失稳现象,可以通过数值模拟方法进行分析。

通过数值模拟,可以建立相应的流动模型,通过计算机仿真的方式得到流体流动的各种参数,如流速、压力、温度等,从而对流动失稳现象进行研究。

数值模拟方法可以提供直观的流体场分布图和流线图,帮助研究者更加直观地理解流动失稳的机理。

其次,在流体力学实验装置中进行实验观测是分析流动失稳的重要方法。

通过在实验装置中设置传感器,可以实时监测流体的各种参数变化,如流速、压力、温度等,从而发现流动失稳的迹象。

此外,在实验过程中还可以通过拍摄视频、采集数据等方式进行详细记录,为后续分析提供依据。

另外,采用流体力学实验装置进行稳定性分析也是一种常用方法。

通过建立流动方程和边界条件,可以对流体力学实验装置的流动是否稳定进行分析。

稳定性分析可以通过线性或非线性稳定性理论进行,如线性稳定性分析可以建立线性流动方程,通过求解特征值进行判断;非线性稳定性分析则需要考虑流体中的非线性效应,对流动失稳进行更加深入的研究。

最后,流体力学实验装置中的流动失稳还可以通过频谱分析进行诊断。

频谱分析是一种常用的信号处理方法,通过将流体流动信号转换到频域进行分析,可以获得流动的频谱特征,从而对流动失稳进行诊断。

频谱分析可以揭示流动中的不稳定频率成分,帮助研究者更加全面地了解流体流动失稳的特性。

综上所述,流体力学实验装置的流体流动失稳分析方法包括数值模拟、实验观测、稳定性分析和频谱分析等多种手段。

这些方法可以相互结合,为研究者提供全面、深入的流动失稳分析结果,有助于深化对流体运动规律的理解,推动流体力学领域的发展。

《流体力学》课程教学关键问题研究

《流体力学》课程教学关键问题研究

《流体力学》课程教学关键问题研究1. 引言1.1 研究背景流体力学是机械工程等专业中非常重要的一门课程,它研究了流体在运动和静止过程中所表现出来的力学性质及规律。

随着科学技术的不断进步和工程领域的发展,对流体力学课程的教学也提出了更高的要求。

目前,国内外高校对流体力学课程的教学内容、教学方法以及教学效果都在不断进行探讨和研究,希望能够更好地提高学生的学习效果和应用能力。

目前关于流体力学课程教学中存在一些问题,如教学内容过于理论化、教学方法单一、教学资源不足等。

这些问题导致学生对流体力学知识的理解和掌握可以说是有所欠缺。

有必要对流体力学课程的教学进行深入研究,探讨其中存在的关键问题,并提出相应的改进措施。

本文旨在通过对流体力学课程教学关键问题的研究,探讨如何优化教学方法,提高教学质量,从而为提高学生学习流体力学的效果和水平提供参考和帮助。

1.2 研究目的研究目的是通过对《流体力学》课程教学关键问题进行深入研究,旨在探讨当前教学中存在的瓶颈和挑战,进一步完善课程教学内容和方法,提升教学质量和效果。

通过系统分析流体力学课程教学中的现状和问题,探讨如何优化教学方法,结合案例分析和教学效果评估,为提高学生的学习体验和学习成效提供可行性建议和参考。

通过对流体力学课程教学中的关键问题进行研究,旨在促进教学改革,促使教师和学生更好地理解和应用流体力学相关知识,培养学生的创新能力和实践能力,为学生的终身学习和发展奠定坚实基础,为流体力学教学的持续改进和发展提供有效支持和指导。

1.3 研究意义流体力学是现代工程领域中非常重要的一门课程,其在航空航天、汽车工程、水利水电等领域都有着广泛的应用。

对流体力学课程的教学进行关键问题研究具有重要的意义。

通过对流体力学课程教学现状的分析,可以发现目前教学中存在的问题和不足,为进一步的研究提供理论依据。

探讨流体力学课程的教学关键问题有助于提高教学质量,培养学生对流体力学的深刻理解和应用能力。

流体流动光滑管实验误差分析

流体流动光滑管实验误差分析

流体流动光滑管实验误差分析
在光滑管流体流动实验中,可能存在以下误差:
1、测量误差:测量流体的压力、流速、流量等参数时,由于仪器的精度、读数误差或者操作不准确造成的误差。

2、管道摩擦阻力:尽管流体流动过程中假设为光滑管道,但实际上可忽略的摩擦阻力可能会对实验结果产生影响。

特别是在高速流动或长管道中,摩擦效应不容忽视。

3、流体性质变化:实际流体的性质(如温度、密度、黏度等)可能存在变化,这些变化会对流体流动的性质和实验结果产生一定的影响。

4、实验环境条件:实验中的环境条件(如温度、大气压力、湿度等)可能对流体流动的实验结果产生一定的影响。

5、管道形状和内表面状态:在实验中,理想的光滑管道可能存在形状偏差或者内表面状态不完全光滑的情况,这些因素也可能导致实验结果的误差。

针对这些误差,可以通过合理的实验设计、严格的实验操作、精确的测量方法以及数据处理和分析技术来降低误差的影响,并提高实验结果的准确性和可靠性。

化工原理 流体流动

化工原理 流体流动

kg/m3
1.单组分密度
f ( p,T )
液体 密度仅随温度变化(极高压力除外),其变
化关系可从手册中查得。
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气体 当压力不太高、温度不太低时,可按理想 气体状态方程计算:
pM
RT
注意:手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值,若条件不同,则需进行换算。
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三、流体静力学基本方程式
设流体不可压缩, Const.
重力场中对液柱进行受力分析:
(1)上端面所受总压力 P1 p1 A 方向向下
(2)下端面所受总压力 P2 p2 A 方向向上
(3)液柱的重力 G gA(z1 z2 ) 方向向下
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操作费
设备费
u适宜
uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u ↑→ d ↓ →设备费用↓ 流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑
均衡 考虑
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二、稳态流动与非稳态流动
稳态流动:各截面上的温度、压力、流速等物理量 仅随位置变化,而不随时间变化;
T , p, u f ( x, y, z)
非稳态流动:流体在各截面上的有关物理量既随位 置变化,也随时间变化。
尺寸、远大于分子自由程。 工程意义:利用连续函数的数学工具,从宏观角度
研究流体。
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③ 流体的可压缩性
不可压缩性流体:流体的体积不随压力变化而变 化,如液体;
可压缩性流体:流体的体积随压力发生变化, 如气体。
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第一节 流体静力学
一、压力
流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的 静压强,习惯上又称为压力。 1.压力的单位

流体的流动思考简答题

流体的流动思考简答题

流体的流动思考简答题 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020第一章流体的流动思考简答题1. 什么事连续性假设质点的含义是什么答:连续性介质假定是将流体视为无数流体微团或质点组成的连续介质。

流体致电是有大量分子组成的分子集合,在宏观上其几何尺寸很小,但包含足够多的分子,在微观上其尺寸度远大于分子的平均自由程。

2. 不可压缩流体在半径ri的水平管内流动,试写出以duz/dr表示牛顿粘度定律的表达式,其中r为管中心算起的径向距离坐标,ur为r处的流体流速。

答:duz/dr 3.黏性流体在静止时有无剪应力理想流体在运动时有无剪应力若流体在静止时无剪应力,是否意味着它们没有黏性答:(1)黏性流体在静止时无剪应力;(2)理想流体无剪应力;(3)黏性是流体的固有特性,在静止或运动时都有黏性。

4.静压力有什么特性答:静压力的方向与其作用面相垂直,且在各个方向的数值相同,即静压力为标量。

5.流体在均匀直管内作定态流动时,其平均数度u沿流程保持定值,并不因摩擦而减速,这一说法是否正确为什么答:不正确。

根据连续性方程,流体在直管中向下定态流动时,其平均流速随管截面积和流体密度而变。

但流体不可压缩时,该说法是正确的。

6.在满流的条件下,水在垂直直管中向下定态流动。

则对沿管长不同位置处的平均流速而言,是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度答:不会。

7.在应用机械能衡算方程解题时需要注意哪些问题答:(1)所选控制面的上下游都应与流动方向垂直;(2)流体在两截面间应是连续的待求的未知量应在截面上或两截面之间;(3)截面上的物理量均取截面上的平均值;(4)位压头的基准面应是水平面,且z值是指截面中心点与基准水平面之间的距离;(5)物理量的单位要一致。

8.雷诺数的物理意义是什么答:惯性力与黏性力之比。

9.湍流与层流有何不同,湍流的主要特点是什么答:层流时,流体质点沿流线向下游作规则的流动,质点之间无宏观混合;流体分子在不同流速的流体层之间作随机热运动产生黏性力——内摩擦力。

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(3)
操 作 性 问 题 分 析 示 例
本题分析表明,流体在管道内流动时,各流动参数是相互联系、相互制约的,管内任一局 部阻力状况的改变都将影响到整个流动系统的流速和压力分布。通过上述分析,可以得出 如下结论: (1)在其他条件不变时,管内任何局部阻力的增大将使该管内的流速下降,反之亦然。 (2)在其他条件不变时,关小阀门必将导致阀前(或阀上游)静压力上升以及阀后(或阀下 游)静压力下降,反之亦然。 讨论: 讨论:用机械能衡算式分析管路某处静压力的变化时,不宜将局部阻力系数已起变化的部 分包括在衡算式内。如题中分析M处压力变化时,若在M点所处截面与2—2′截面间列机械 能衡算式
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操 作 性 问 题 分 析 示 例
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操 作 性 问 题 分 析 示 例
2 ( l1 + l 2 ) u Et 1 = Et 2 + λ + ∑ζ d 2
(1)
u 当阀门关小时,z1、z2、p1、p2 均不变, 1 ≈ u2 ≈ 0 (因为
水槽截面比管截面大得多),故两截面处的总机械能Et1、 Et2 不变;又管长l1、l2 与管径 d 也不变,摩擦因数又变化 不大,可视为常数。但阀门关小时ζ阀增大即∑ζ增大,故 由式(1)可知 u 减小,即管内流量 V 减小。 结论:阀门关小,管内流量减小;反之,阀门开打,流量增大。 结论:阀门关小,管内流量减小;反之,阀门开打,流量增大。 20112011-3-11 流体流动操作性问题分析 1/21
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操 作 性 问 题 分 析 示 例
操 作 性 问 题 分 析 示 例
根据VO 减小,再由式(4)可知VB 增大,而由式(5)则知VA 减小。 (2) O处压力 O的变化分析 处压力p 处压力 在截面1—1′和O点所在截面间列机械能衡算式
2 uO 2 Et 1 = z O g + + + BOVO ρ 2
pO
当阀门KA关小时,上式中Et1、 zO、BO 均不变,而VO 减小即uO 减小,故 pO 增大。 讨论:本题 属于复杂管路问题,虽然仅支管A的局部阻力发生了变化,但是分析过程却涉 及到整个流动系统的流动参数及关系式。 本题分析结果表明:阀门KA关小后,VO 减小、VA 减小、pO 增大,即阀KA 上、下游管内 流量下降,阀 KA 上游压力上升,这与将管线 1O2 看成简单管路并应用例1-1的结论进行 分析所得的结果相吻合。由此可见,例1-1的结论也可用于分支管路。 需指出的是,支管B不是阀KA 的上游,故支管B的流量和压力变化分析不可使用例1-1的结 论。事实上,VB 并不减小而是增大( pO 增大导致VB 增大)。 20112011-3-11 流体流动操作性问题分析 6/21
8λ A ( l A + ∑ l eA ) BA = 5 π 2dO 8λ ( l + ∑ l ) BB = B B 2 5 eB π dB
再由分支点处的质量衡算得
(3) (4)
式中VO、VA、VB 为总管及支管 A、B 的体积流量。
VO = V A + V B
2 Et 1 − Et 2 − BOVO BB
2 2 ( l O + ∑ l eO ) uO ( l A + ∑ l eA ) uA Et 1 − Et 2 = λO + λA dO dA 2 2
8λ O ( l O + ∑ l eO ) 2 8λ A ( l A + ∑ l eA ) 2 VO + VA = 2 5 2 5 π dO π dA 2 2 (1) ( l O + ∑ l eO ) uO ( l B + ∑ l eB ) uB Et 1 − Et 3 = λO + λB dO dB 2 2 8λ O ( l O + ∑ l eO ) 2 8λ B ( l B + ∑ l eB ) 2 VO + VB = 2 5 2 5 π dO π dB
操 作 性 问 题 分 析 示 例
(2) M处压力表读数变化分析 处压力表读数变化分析 由截面1—1′和M点所在的截面间的机械能衡算式有
pM
l u = Et 1 − z M g − λ 1 + ∑ ζ 1− M + 1 ρ d 2
2
(2)
当阀关小时,式(2)中等号右边除 u 减小外,其余量均不 变,故 pM 增大。 (3)N处压力表读数变化分析 处压力表读数变化分析 同理,由N点所在的截面和截面2—2′间的机械能衡算式有
pM
l u = Et 2 − z M g + λ 2 + ∑ ζ M − 2 − 1 ρ d 2
2
(4)
当阀关小时,式(4)中u 减小,而( ∑ ζ M − 2 增大,因此难以由式(4)直接判断出pM的变化趋 势,使分析过程变得复杂。因此,要适当地选取划定体积以避免式中同时出现两个或两个 以上变量呈相反变化的情况。 20112011-3-11 流体流动操作性问题分析 3/21
pN
l2 当阀关小时,式(3)中等号右边除 u 减小外,其余量均不变,且 λ + ∑ ζ N − 2 − 1 恒大 d 于零(因为 ∑ ζ N − 2 中至少包含一个出口局部阻力系数(ζ0=1),故 pN 减小。
20112011-3-11 流体流动操作性问题分析 2/21
l u = Et 2 − z N g − λ 2 + ∑ ζ N − 2 − 1 ρ d 2
20112011-3-11 流体流动操作性问题分析 (2) 4/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例

BO =
8λO ( l O + ∑ l eO ) 5 π 2dO
BO、BA、BB分别代表总管O及支管A、B的阻力特性系 数。于是式(1)、式(2)变为
2 2 Et 1 − Et 2 = BOVO + BAVA 2 Et 1 − Et 3 = BOVO + BBVB2
操 作 性 问 题 分 析 示 例
【例1-2】 如图所示,一高位槽通过一总管及两支管A、B分别向水槽C、D供水。假设总 管和支管上的阀门 KO、KA、KB 均处在全开状态,三个水槽液面保持恒定。试分析,当将 阀门 KA 关小时,总管和各支管的流量及分支点前O处的压力如何变化。 解:(1)总管和各支管流量变化分析 总管和各支管流量变化分析 分别在液面1—1′与2—2′和液面1—1′与3—3′间列机械 能衡算式
操 作 性 问 题 分 析 示 例
另外,若总管阻力可以忽略不计(比如流速很小或总管短而粗),则管路系统的总阻力以各 支管阻力为主,通过类似上述方法分析可知,某支管阻力的变化(如该支管上阀门关小或 开大)只会对该支管内的流量产生影响,对其他支管无影响。
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流体流动操作性问题分析
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流体流动操作性问题分析
11/21 11/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
12/21 12/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
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操 作 性 问 题 分 析 示 例
操 作 性 问 题 分 析 示 例
【例1-1】 如图所示,高位槽A内的液体通过一等径管流向槽B。在管线上装有阀门,阀门 前、后M、N处分别安装压力表。假设槽A、B液面维持不变,阀门前、后管长分别为l1、 l2 。现将阀门关小,试分析管内流量及M、N处压力表读数如何变化。 解:(1) 管内流量变化分析 在两槽液面1—1′与2—2′间列机械能衡算式
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流体流动操作性问题分析
பைடு நூலகம்
17/21 17/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
18/21 18/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
19/21 19/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
14/21 14/21
操 作 性 问 题 分 析 示 例
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流体流动操作性问题分析
15/21 15/21
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