一章节流体流动-课件

第一节 概述一流体的连续介质模型 n连续介质假定：流体是有连续分布的流体质点所组成n理想流体与实际流体n流体：液体与气体的统称。n粘度：流体内部摩擦力的表现，是流体重要的物性参数之一用 表示。注：固体有摩擦力，如粉笔盒（擦）在桌面上移动（摩擦产生于外表面）。液体也有摩擦力，如倒一瓶水与一瓶油相比较，油到出来慢，为什么呢？油液内部有摩擦力。（摩擦力产生于内部）。n理想流体：理想液体与理想气体的统称，即粘度为零的流体。n理想液体：不可压缩，受热不膨胀，粘度为零因而流动时不产生摩擦阻力的液体。二流体的密度、比容、压强1密度：单位体积流体所具有的质量。即 n理想气体，多数气体的密度可用理想气体状态方程式来计算。n混合理想气体n液体混合物二流体的密度、比容、压强2流体的比容：单位质量流体的体积。即3流体的压强压强的表示方式n以绝对零压（绝对真空）做起点计算的压强，称为绝对压强，是流体的实际压强。n以当时当地的大气压强（外界大气压强），为起点的压强称为表压强。n当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表 表压强=绝对压强大气压强 真空度=大气压绝对压强 三、流体的粘性 三、流体的粘性n牛顿粘性定律：实验证明，对一定的流体，内摩擦力（或剪切力）F与两流体层的速度差成正比，与两层之间的垂直距离成反比，与两层间的接触面积成正比。n粘性与粘度：决定流体内摩擦力大小的物理性质称为粘性；衡量流体粘性大小的物理量，称为粘度，用表示。n粘度的物理意义：是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力是一种特定条件下的内摩擦力，故粘度是衡量流体粘性大小的物理量，也是衡量流体内摩擦力大小的一个指标。三、流体的粘性n影响粘度的因素 温度影响；压强的影响；流体性质不同，粘度不同，性质最重要是内因。n运动粘度：n牛顿型流体与非牛顿型流体第二节 流体静力学如书中图所示：如果将液柱的上底面取在容器液面上，设液面上方压强为p0，下底面取在距液面任意距离处，作用于其上的压强为 则 讨论：n当容器液面上方的压强改变时，液体内部各点的压强也发生同样大小的改变。此为帕斯卡定律：加在密闭液体上的压强，能够按照原来的大小由液体向各个方向传递。千斤油压顶、万吨水压机即按此原理设计成功的。第二节 流体静力学n在静止液体内任意点处压强大小与该点距离液面的深度有关，越深压强越大。n静止液体中任一点位压头与静压头之和为一常数。n在静止液体内同一水平面上的各点、因深度相同，其压强相等。此压强相等的水平面称为等压面。n流体静力学基本方程式，其适用范围是连续静止的同种流体其适用范围是连续静止的同种流体。nU型管压差计讨论 第三节 流体动力学n流量与流速一、流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量。（单位时间可取1秒、1分、1小时，截面选取是任意的须垂直于流体流动的方向）。1、体积流量：单位时间内流过管道任一截面的流体体积。2、质量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体质量。3、质量流量与体积流量的关系：第三节 流体动力学n流量与流速二、流速：单位时间内流体在流动方向上所流过的距离。1、流量与流速的关系：由于气体的体积流量 故采用质量流速。2、质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量。也称为质量通量。3、质量流速与流速的关系：4、流速与管径的关系：第三节 流体动力学n流量与流速三、管径的选择 一般：依据流体性质及具体情况，参照常用的流速范围，确定流速在计算管径。计算出管径后，还须从有关手册或教材附录中选用标准管径。四、管子的规格 1、一般情况下，公称直径的数值既不是内径也不是外径，而是与之相近的整数。符号 ，其后附加公称直径的尺寸。如：公称直径为100厘米，用 100表示。2、一般钢管的规格：外径 壁厚，如 ，代表圆管，外径，壁厚 。第三节 流体动力学n连续性方程 第三节 流体动力学n连续性方程第三节 流体动力学n柏努利方程（理想流体）第三节 流体动力学n柏努利方程（理想流体）依据：能量守恒;条件：在系统中能量无补充与泄失。从外界输入到体系中的总能量 从体系中输出到外界的总能量 衡算范围：管内壁面，管截面 衡算基准 流体基准水平面 。上式为理想流体柏努利方程式，适用范围：连续稳定的理想流体 第三节 流体动力学n柏努利方程（实际流体）适用范围：连续稳定的实际流体。实际流体的柏努力方程式的几种表达形式：米流体柱第三节 流体动力学n流动类型与雷诺准数一、流体流动的形态第三节 流体动力学n流动类型与雷诺准数二、判别流动形态的依据-三、流动类型滞流与湍流 2000 滞流（层流）4000 2000过度区 一般按湍流考虑 4000 湍流（紊流）第三节 流体动力学n边界层概念 一、边界层：在壁面附近存在着较大速度梯度的流体层称为流动边界层，简称边界层。其厚度等于由壁面至速度达到主流区速度的点之间的距离。二、主流区：边界层以外，粘性力不起作用，即速度梯度为零的区域。该区域的流体可视为理想流体。三、边界层形成的原因：流体粘性力。四、边界层的发展：随流体向前运动，由摩擦力（粘性力）对主流区流体持续作用，促使更多的流体层速度减慢，从而使边界层的厚度 值自平板前缘距离的增长而逐渐变厚。五、边界层的分离：边界层脱离壁面的现象称为边界层的分离。第四节 管内流动阻力 n流体在直管中的流动阻力一、绝对粗糙度：壁面凸出部分的平均高度，以 表示。二、相对粗糙度：绝对粗糙度与管道内径的比值。三、滞流时摩擦阻力 第四节 管内流动阻力n流体在直管中的流动阻力三、滞流时摩擦阻力第四节 管内流动阻力n流体在直管中的流动阻力四、湍流时的阻力计算五、的求算 1、用 用摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系图查取。2、用经验公式计算(不太准确)。第四节 管内流动阻力n管路上的局部阻力 一、局部阻力系数法：-局部系数，一般由实验测定。二、当量长度法：或 当量长度：表示流体流过某一管件或阀门的局部阻力，相当于流过这一段与其具有相同直径，长度为 的直管阻力。第四节 管内流动阻力n管内流动阻力计算 上式适用于直径相同的管段或管路系统的计算，指管段或管路系统的流速，由于管径相同 所以可按任一截面来计算，而方程式中 指相应的衡算截面处的流速。当管路管段不同时，应分段计算阻力。第五节 管路计算与流量测量 n简单管路计算 管路计算中较常用的方法试差法。米流柱=，往往 或 有一个不知道,假设一个 求出 求出、查 ，假设 与 查得的相似或相同;n并联管路与分支管路第五节 管路计算与流量测量n流量测量 一、测速管第五节 管路计算与流量测量n流量测量二、孔板流量计 第五节 管路计算与流量测量n流量测量三、文丘里流量计第五节 管路计算与流量测量n流量测量四、转子流量计