1.2.流體動(dòng)力學(xué)

1、第二節(jié)第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué) 體積流量體積流量: 以體積表示 qvm3/s 或 m3/h 質(zhì)量流量質(zhì)量流量: : 以質(zhì)量表示 qmkg/s 或 kg/h。 vm qq二者關(guān)系： 1.1 流量：流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在管路中流過(guò)的量。單位時(shí)間內(nèi)流體在管路中流過(guò)的量。 1. 流體的流量與流速流體的流量與流速 1.2 1.2 流速流速 質(zhì)量流速質(zhì)量流速: : 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。 流速流速（平均平均流速）流速）: 單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。 A q u v kg/（m2s） u A q A q G vm 流量與流速的關(guān)系： GAuAqq vm m/s 2.

2、穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng) 穩(wěn)定流動(dòng)：穩(wěn)定流動(dòng)：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量 不隨時(shí)間變化: 非穩(wěn)定流動(dòng)：非穩(wěn)定流動(dòng)：流體在各截面上的部分或全部物理量 都隨時(shí)間變化: ),(,zyxfupT ),(,zyxfupT 穩(wěn)定流動(dòng)非穩(wěn)定流動(dòng) 3.3.質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒連續(xù)性方程連續(xù)性方程 對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，在管 路中流體沒(méi)有增加和漏失的 情況下： 222111 21 AuAu qq mm 推廣至任意截面： 常數(shù)uAAuAuqm 222111 1 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 1 1 2 2 常數(shù)uAAuAuqv 2211 不可壓縮性流體， .Const 圓形管道 ： 2 1 2 1 2 2

3、 1 d d A A u u 即：不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)即：不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi) 徑的平方成反比徑的平方成反比。 4. 能量守恒能量守恒柏努利方程柏努利方程 4.1 總能量衡算總能量衡算 q e W e p 2,u2,2 p 1,u1,1 2 2 1 1 0 0 z 2 z 1 衡算范圍衡算范圍：1-1、2-2截面以及管內(nèi)壁所圍成的空間 衡算基準(zhǔn)衡算基準(zhǔn): 1kg 流體 基準(zhǔn)面：基準(zhǔn)面： 0-0水平面 （1）內(nèi)能）內(nèi)能: 1kg流體具有的內(nèi)能為U（J/kg） （2）位能）位能: 流體受重力作用在不同高度所具有的能量稱為位 能：mgz,1kg的流體所具有的位

4、能為zg（J/kg） （3 3）動(dòng)能）動(dòng)能: :流體以一定速度流動(dòng)，便具有動(dòng)能。動(dòng)能= 1kg流體具有的動(dòng)能為 2 2 1 u （4 4）靜壓能）靜壓能: : 1kg的流體所具有的靜= 2 2 1 mu /P （5 5）熱能）熱能：設(shè)換熱器向1kg流體提供的熱量為 (J/kg) e q （6 6）外功）外功( (有效功有效功) )：流體輸送機(jī)械（泵或風(fēng)機(jī)）向流體作 功，1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量稱 為外功或有效功，用We表示，其單位為J/kg 機(jī)械能：位能、動(dòng)能、靜壓能及外功，可用于輸送流體； 內(nèi)能與熱能：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w的能量。 以上能量形式可分為兩類： 根據(jù)能量守恒原則，對(duì)

5、于劃定的流動(dòng)范圍，其輸入的 總能量必等于輸出的總能量。 2 2 2 222 1 1 2 111 2 1 2 1 p ugzUqW p ugzU ee p uzgUqW ee 2 2 1 q e W e p 2,u2,2 p 1,u1,1 2 2 1 1 0 0 z 2 z 1 4.2 實(shí)際流體的機(jī)械能衡算實(shí)際流體的機(jī)械能衡算 假設(shè) 流體不可壓縮， 則 流動(dòng)系統(tǒng)無(wú)熱交換，則 流體溫度不變， 則 21 0 e q 21 UU (1) 以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn) 設(shè)1kg流體損失的能量為hf（J/kg），則有： f h p ugzWe p ugz 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1 式中各項(xiàng)單位為

6、J/kg。 并且實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有能量損失。 柏努利方程式（柏努利方程式（BEBE） （2）以單位重量流體為基準(zhǔn) 將(1)式各項(xiàng)同除重力加速度g : g h g p u g z g W g p u g z f e 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1 令 g We He g h H f f 則 f H g p u g zHe g p u g z 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1 式中各項(xiàng)單位為m柏努利方程式柏努利方程式 z 位壓頭 g u 2 2 動(dòng)壓頭g p 靜壓頭 總壓頭 He外加有效壓頭Hf壓頭損失 4.3 理想流體的機(jī)械能衡算理想流體的機(jī)械能衡算 理想流體是指流動(dòng)中沒(méi)有摩

7、擦阻力的流體。 g p u g z g p u g z 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1p ugz p ugz 理想流體柏努利方程式理想流體柏努利方程式 * 理想流體的機(jī)械能守恒方程理想流體的機(jī)械能守恒方程 4.4.4 4 柏努利方程的應(yīng)用柏努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力； 容器間的相對(duì)位置等。 利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定： （1）根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、 下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍； （2）位能基準(zhǔn)面的選取 必須與地面平行； 宜于選取兩截面中位置較低的

8、截面； 若截面不是水平面，是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過(guò)管中心線水平面。 （3）截面的選取 與流體的流動(dòng)方向相垂直； 兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)； 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 （4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓 或同為表壓,而且以Pa表示。 解題要?jiǎng)t：解題要?jiǎng)t： 例例1-4 如附圖所示，從高位槽向塔內(nèi)進(jìn)料，高位槽 中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液 h pa 管為452.5mm的鋼管，要求 送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管 內(nèi)的壓頭損失為1.2m（包括全部 能量損失），試問(wèn)高位槽的液位 要高出進(jìn)料口多少米？ 1 2 例例1-5 在453mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管的上游接 一壓力表，其讀數(shù)為5kPa，壓力表軸心與管中心的垂直距離為0.3m， 管內(nèi)水的流速為1.5m/s，文丘里管的喉徑為10mm。文丘里喉部接一 內(nèi)徑為15mm的玻璃管，玻璃管的下端插入水池中，池內(nèi)水面到管 中心的垂直距離為3m。若將水視為理想流體，試判斷池中水能否被 吸入管中。若能吸入，再求每小時(shí)吸入的水量為多少m3/h。 3.0m 1 1 2 0.3m 2 0 0 u 例例1-6 某化工廠用泵將敞口 堿 液 池 中 的 堿 液 （ 密 度 為 1100kg/m3）輸送至吸收塔頂， 經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵 的入口管為1084mm的鋼 管，管中的流速為1.