流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 流體的物理性質(zhì)一、流體的密度和重度流體單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為密度， 密度用字母 表示，單位為 kg/m3。 流體單位體積內(nèi)所具有的重量稱為重度，重度用表示，單位為N/m3，兩者之間的關(guān)系為 g， g為重力加速度，通常g = 9. 806m/s2流體的密度和重度不僅隨流體種類而異，而且與流體的溫度和壓力有關(guān)。 因?yàn)楫?dāng)溫度和壓力不同時(shí)，流體的體積要發(fā)生變化，所以其密度和重度亦隨之 變化。對(duì)于液體來講，密度和重度受壓力和溫度變化的影響不大，可近似認(rèn)為 它們是常數(shù)。對(duì)于氣體來講，壓力和溫度對(duì)密度和重度的影響就很大。二、流體的粘滯性 流體粘滯性是指流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體的層間產(chǎn)生

2、內(nèi)摩擦力的一種性質(zhì)。 所謂動(dòng)力粘度系數(shù)是指流體單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力與垂直于運(yùn)動(dòng)方向 上的速度變化率的比值，用 來表示。所謂運(yùn)動(dòng)粘度是指動(dòng)力粘度 與相應(yīng)的流體密度 之比，用 來表示。 運(yùn)動(dòng)粘度或動(dòng)力粘度的大小與流體的種類有關(guān)，對(duì)于同一流體，其值又隨 溫度而異。氣體的粘性系數(shù)隨溫度升高而升高，而液體的粘性系數(shù)則隨溫度的 升高而降低。液體粘滯性隨溫度升高而降低的特性，對(duì)電廠鍋爐燃油輸送和霧化是有利 的，因此鍋爐燃用的重油需加熱到一定溫度后，才用油泵打出。但這個(gè)特性對(duì) 水泵和風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械則是不利的，因?yàn)闈?rùn)滑油溫超過60C時(shí)，由于粘滯性下降，而妨礙潤(rùn)滑油膜的形成，造成軸承溫度升高，以致發(fā)生燒瓦事故

3、。故軸承 回油溫度一般保持在以60C下。第二節(jié) 液體靜力學(xué)知識(shí)一、液體靜壓力及其特性 液體的靜壓力是指作用在單位面積上的力，其單位為 Pa。平均靜壓力是指作用在某個(gè)面積上的總壓力與該面積之比。點(diǎn)靜壓力是指 在該面積某點(diǎn)附近取一個(gè)小面積卩，當(dāng)厶F逐漸趨近于零時(shí)作用在厶F面積上 的平均靜壓力的極限叫做該面積某點(diǎn)的液體靜壓力。平均靜壓力值可能大于該面積上某些點(diǎn)的液體靜壓力值，或小于另一些點(diǎn) 的液體靜壓力值，因而它與該面積上某點(diǎn)的實(shí)際靜壓力是不相符的，為了表示 某點(diǎn)的實(shí)際液體靜壓力就需要引出點(diǎn)靜壓力的概念。液體靜壓力有兩個(gè)特性1、液體靜壓力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。2、液體內(nèi)任一點(diǎn)的各個(gè)方

4、向的液體靜壓力均相等。二、液體靜力學(xué)基本方程p po h稱為液體靜力學(xué)基本方程式，它表明液體內(nèi)任一點(diǎn)的靜壓力等 于自由液面上的壓力 Po加上該點(diǎn)距自由液面的深度h與液體重度 的乘積。由 液體靜力學(xué)基本方程式可知，靜壓力是隨著深度按線性規(guī)律變化的，即點(diǎn)的位 置越深，則壓力就越大。三、絕對(duì)壓力、表壓力和真空當(dāng)某一點(diǎn)的液體靜壓力是以絕對(duì)真空為零算起時(shí)，這個(gè)壓力稱為絕對(duì)壓力 以大氣壓力為零算起的壓力，稱為表壓力或相對(duì)壓力。表壓力可用絕對(duì)壓 力減去當(dāng)?shù)卮髿鈮毫M(jìn)行計(jì)算。如果液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，即表壓力為負(fù)值，則稱該處處 于真空狀態(tài)，真空的大小，一般用真空值或真空度表示。真空值是指大氣壓力

5、與絕對(duì)壓力的差值。由于真空值就是負(fù)的表壓力，因此真空值也稱負(fù)壓。真空 度是指真空值與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ο啾鹊陌俜謹(jǐn)?shù)。液體靜壓力的計(jì)量單位有許多，為了便于對(duì)照使用，特將常遇到的幾種壓 力單位及其換算列于表中：帕斯卡工程大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓米水柱毫米汞柱N/m2Kgf/cm2atmmHOmmHg10. 102X10-40. 0987X 10-41 . 02 X10-475. 03X10-449. 8X 1010. 96810735. 610. 13X1041. 033110. 3376010. 00X1041. 020. 98710. 2750. 2133. 2250. 001360. 0013160. 0

6、1361四、連通器所謂連通器就是液面以下互相連通的兩個(gè)容器。連通器液體平衡可以分為 三種情況第一種情況，在兩個(gè)相連的容器中注入同一種液體，且液面上的壓力也相 等，所以其液面高度相等?？梢岳么嗽碇瞥慑仩t汽包和各種容器上的水位 計(jì)。第二種情況，在連通器中盛以相同的液體，但液面上的壓力不等，其液面 上的壓力差，等于連通器液面差所產(chǎn)生的壓力。利用此原理可以制成各種液體 壓力計(jì)，如鍋爐U形管風(fēng)壓表等。第三種情況，在連通器兩容器中盛有兩種不同的液體，但液面上的壓力相 同，由于兩種液體互不相混，自分界面起，液面高度與液體重度成反比。利用 這一原理可以測(cè)定液體重度或進(jìn)行液柱高度換算。第三節(jié)液體動(dòng)力學(xué)知識(shí)一

7、、流量、流速流量是指液體在單位時(shí)間內(nèi)通過過流斷面（即液流中與流線垂直的截面） 的體積，液體流量用q表示，單位為m/s。平均流速是指過流斷面上各點(diǎn)流速的算術(shù)平均值，即假定過流斷面上各點(diǎn) 都以相同的平均流速流動(dòng)時(shí)所得到的流量需與各點(diǎn)以實(shí)際流速流動(dòng)時(shí)所得到的 流量相等。實(shí)際流速是指液體某一質(zhì)點(diǎn)在空間中的移動(dòng)速度。二、液體連續(xù)性方程式液體連續(xù)性方程式為c1 F1 C2 F 2常數(shù)此方程式表示管道中各個(gè)過流斷面上，其面積與平均流速的乘積均相等， 且等于常數(shù)。由液體連續(xù)性方程式Q=丘C2 F1C1 -平均流速C2 -平均流速F1 -過流斷面面積F2 -過流斷面面積上式表明，液體的平均流速與相應(yīng)的過流斷面面

8、積成反比。即在管道斷面縮小處，液體流速就快；而在管道斷面增大處，液體流速就慢。三、伯諾里方程式實(shí)際液體的伯諾里方程式為:2U12gP1U22gZ2hsUi、U2斷面處液體流速pi、P2斷面處的壓力乙、Z2斷面的液體相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的位置高度g重力加速度丫液體的重度hs，斷面間單位重量液體的能量損失四、伯諾里方程式的應(yīng)用1、流速測(cè)速儀一一皮托管可應(yīng)用一根測(cè)速管與一根測(cè)壓管組成皮托管，有效的測(cè)量出管道中液體（或 氣體）每一點(diǎn)的流速u。測(cè)定液體流速時(shí)的計(jì)算公式為u . 2gh測(cè)定氣體流速時(shí)的計(jì)算公式為uh 流速修正系數(shù)，可用試驗(yàn)方法得出，其值一般為0。91。03h差壓計(jì) U形管中液面高度差， m2、

9、流量測(cè)量裝置一一文丘里管文丘里管用于管道中的流量測(cè)量，它是由收縮段和擴(kuò)散段所組成，兩段結(jié) 合處稱為喉部。在文丘里管入口前的直管段斷面和喉部斷面兩處測(cè)量靜壓值， 根據(jù)靜壓差和兩個(gè)已知截面面積就可以計(jì)算通過管道的流量。即2di2g Pi P2441di1d2Q如果壓力差 pi p2用差壓計(jì)中U形管液面高度差來表示，則2di42g h4did2文丘里管除用于測(cè)定管道中的流量外，還應(yīng)用于鍋爐其他場(chǎng)合，例如噴水 減溫器就是利用其喉部工質(zhì)流速增加， 壓力下降，以增大見減溫水的噴水壓差 又如噴射泵即利用其喉部工質(zhì)流速增加，使壓力下降到低于大氣壓力、形成真 空，將泵內(nèi)空氣抽出，以便進(jìn)行水泵啟動(dòng)前的灌水。再如鋼

10、珠除塵器也是利用 文丘里管喉部形成的真空，將鋼珠由尾部煙道下部抽到上部，再由上部落下， 以達(dá)到清潔尾部受熱面的目的。目前文丘里管還用于停爐時(shí)排除過熱器積水以 及提高水膜除塵器的效率。第四節(jié) 流動(dòng)阻力與流動(dòng)阻力損失計(jì)算一、流動(dòng)阻力的類型實(shí)際液體在管道中流動(dòng)時(shí)的阻力可分為兩種類型：一種是沿程阻力，它是 由于液體在直管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因液體層間以及液體與壁面之間的摩擦而造成的阻力， 沿程阻力所引起的液體能量損失稱為沿程阻力損失。另一種是局部阻力，因局 部障礙（如閥門、彎頭、擴(kuò)散管等）引起液體顯著變形以及液體質(zhì)點(diǎn)間的相互 碰撞而產(chǎn)生的阻力，局部阻力引起的液體能量損失，稱為局部阻力損失。二、層流與紊流層流狀態(tài)是

11、指液體運(yùn)動(dòng)過程中，各質(zhì)點(diǎn)的流線互不混雜，互不干擾的流動(dòng) 狀態(tài)。紊流狀態(tài)是指液體運(yùn)動(dòng)過程中，各質(zhì)點(diǎn)的流線互相混雜，互相干擾的流動(dòng) 狀態(tài)。液體的流動(dòng)是層流還是紊流可用雷諾數(shù) Re進(jìn)行判別。由層流轉(zhuǎn)變到紊流的 雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，以 Reej表示。實(shí)驗(yàn)表明，液體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的臨界 雷諾數(shù)為 Reej =2300。因此，當(dāng)Re2300時(shí)，認(rèn) 為流動(dòng)已經(jīng)是紊流。三、沿程阻力損失、局部阻力損失和管道系統(tǒng)的總阻力損失管道流動(dòng)中單位重量液體的沿程阻力損失 hy可用下式計(jì)算：hy2_Lcdd 2g式中為沿程阻力系數(shù)，它與雷諾數(shù) Re以及管壁粗糙度有關(guān)L管道長(zhǎng)度，mdd管道的當(dāng)量直徑,m對(duì)于圓管即為內(nèi)徑，mc

12、 平均流速，m/s。g重力加速度。管道流動(dòng)中單位重量液體的沿程阻力損失山可用下式計(jì)算:hj2 c 2g局部阻力系數(shù)工程上的管道系統(tǒng)是由許多等直管段和管子件組成。這時(shí)整個(gè)管道的流動(dòng) 阻力損失用下式計(jì)算：hhyhj表示總和。四、壓力管路中的水錘在壓力管路中，由于液體流速的急劇變化，從而造成管道中液體的壓力顯 著地、反復(fù)地、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水錘（或叫水擊）。水錘可以發(fā)生在壓力管路上的閥門迅速關(guān)閉或水泵等設(shè)備突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。 在這種情況下，由于管中的流速迅速減小，使壓力發(fā)生顯著升高，這種以壓力 升高為特征的水錘，叫做正水錘。正水錘的壓力升高可以超過管中正常壓力的 幾十倍至幾百倍，以致使管壁材料產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而壓力的反復(fù)變化將引起 管道和設(shè)備的振動(dòng)，都將造成管道、管件和設(shè)備的損壞。水錘也可以發(fā)生在壓力管路上