《流體力學(xué)基本原理》ppt課件

1、把流體視為由無數(shù)個流體微團(tuán)或流體把流體視為由無數(shù)個流體微團(tuán)或流體質(zhì)點所組成，這些流體微團(tuán)嚴(yán)密接觸，質(zhì)點所組成，這些流體微團(tuán)嚴(yán)密接觸，彼此沒有間隙。這就是延續(xù)介質(zhì)模型。彼此沒有間隙。這就是延續(xù)介質(zhì)模型。 u 流體微團(tuán)或流體質(zhì)點：流體微團(tuán)或流體質(zhì)點： 宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個幾何上沒宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個幾何上沒有維度的點；有維度的點； 同時微觀上足夠大，它里面包含著許許多多的分子，同時微觀上足夠大，它里面包含著許許多多的分子，其行為曾經(jīng)表現(xiàn)出大量分子的統(tǒng)計學(xué)性質(zhì)。其行為曾經(jīng)表現(xiàn)出大量分子的統(tǒng)計學(xué)性質(zhì)。概述概述一延續(xù)介質(zhì)模型一延續(xù)介質(zhì)模型二二 、流體的特性、流體的特性 1

2、 1、流動性、流動性, ,流體不能接受拉力；流體不能接受拉力； 2 2、沒有固定外形，外形隨容器而變；、沒有固定外形，外形隨容器而變； 3 3、流體流動、流體流動外力作用的結(jié)果；外力作用的結(jié)果； 4 4、延續(xù)性除高度真空情況。、延續(xù)性除高度真空情況。 5 5、緊縮性、緊縮性 可緊縮性流體可緊縮性流體氣體氣體 不可緊縮性流體不可緊縮性流體液體液體 表表面面力力質(zhì)質(zhì)量量力力流流體體所所受受的的力力三、流體所遭到的力三、流體所遭到的力 切切向向力力法法向向力力如重力、離心力等，屬如重力、離心力等，屬于非接觸性的力。于非接觸性的力。2 2氣體氣體 為可緊縮性的流體，通常壓力不太高，溫為可緊縮性的流體，

3、通常壓力不太高，溫度不太低時可按理想氣體處置，否那么按真度不太低時可按理想氣體處置，否那么按真實氣體形狀方程處置。實氣體形狀方程處置。RTMP 000TPPT 第一節(jié) 流體靜力學(xué)根本方程式 研討外力作用下的平衡規(guī)律 一、密度 1.定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量。 = m / V kg / m3 流體中某點密度： 2、影響要素：溫度和壓力1液體 以為不可緊縮的流體，與壓力無關(guān)，溫度升高，密度降低。,wnwBwAxxx、總其中mmxiwi假設(shè)混合后總體積不變，假設(shè)混合后總體積不變，3 3混合物的密度混合物的密度 1 1液體混合物的密度液體混合物的密度mm 取取1kg1kg液體，令液體混合物中各組分

4、的質(zhì)量分液體，令液體混合物中各組分的質(zhì)量分率分別為率分別為: : iwimxkgm 1時，當(dāng)總mnwnwBwAmxxxV總總21nwnwBwAmxxx211液體混合物密度計算式液體混合物密度計算式 2) 2)氣體混合物的密度氣體混合物的密度 取取1m3 1m3 的氣體為基準(zhǔn)的氣體為基準(zhǔn), ,令各組分的體積分率為令各組分的體積分率為: : xvA,xvB,xVn, xvA,xvB,xVn, 其中其中: :混合物中各組分的質(zhì)量為：混合物中各組分的質(zhì)量為：VnnVBVAxxx,.,21知，由VmiViVx當(dāng)當(dāng)V V總總=1m3=1m3時，時，假設(shè)混合前后假設(shè)混合前后, , 氣體的質(zhì)量不變，氣體的質(zhì)量

5、不變， 總總Vxxxmmnn.2211當(dāng)當(dāng)V V總總=1m3=1m3時時, , nnmxxx.2211氣體混合物密度計算式氣體混合物密度計算式RTPMmm理想氣體混合物密度計算式理想氣體混合物密度計算式在數(shù)值上在數(shù)值上: :13.與密度相關(guān)的幾個物理量與密度相關(guān)的幾個物理量 1比容：單位質(zhì)量的流體所具有的體積，用比容：單位質(zhì)量的流體所具有的體積，用表表示，示， 單位為單位為m3/kg。,4水Cd34/1000mkgC 水 2比重(相對密度)：某物質(zhì)的密度與4下的水的密度的比 值，用 d 表示。二、流體的靜壓強二、流體的靜壓強APp SI制單位：N/m2，即Pa。其它常用單位有：其它常用單位有：

6、 atm規(guī)范大氣壓、工程大氣壓 kgf/cm2、bar；流體柱高度mmH2O，mmHg 等。 1 1、壓強的定義、壓強的定義 流體的單位外表積上所受的壓力，稱為流體的靜壓流體的單位外表積上所受的壓力，稱為流體的靜壓強，簡稱壓強。強，簡稱壓強?；騊abarOmHmmHgcmkgfatm522100133. 10133. 133.10 760/033. 11 換算關(guān)系為：換算關(guān)系為：PabarOmHmmHgcmkgf42210807. 99807. 010 6 .735/11 工程大氣壓2、壓強的表示方法、壓強的表示方法 1絕對壓強絕壓： 流體體系的真實壓強稱為絕對壓強。流體體系的真實壓強稱為絕對

7、壓強。 2表壓表壓 強表壓：強表壓： 壓力上讀取的壓強值稱為表壓。壓力上讀取的壓強值稱為表壓。 3真空度：真空度： 真空表的讀數(shù)真空表的讀數(shù) 絕對壓絕對壓表壓表壓真空度真空度絕對零壓絕對零壓大氣壓大氣壓實測壓力實測壓力實測壓力實測壓力絕壓余壓絕壓余壓絕對壓強、真空度、表壓強的關(guān)系為絕對壓強、真空度、表壓強的關(guān)系為 表壓絕對壓表壓絕對壓- -大氣壓大氣壓 真空度大氣壓真空度大氣壓 - - 絕對壓絕對壓2 2、靜力學(xué)方程的討論、靜力學(xué)方程的討論1.1.流體某一深處的壓力與深度和密度有關(guān)。流體某一深處的壓力與深度和密度有關(guān)。2.2.液面上方流體壓力改動，液體內(nèi)部壓力隨著改液面上方流體壓力改動，液體內(nèi)

8、部壓力隨著改動且變化值一樣巴斯葛定律。動且變化值一樣巴斯葛定律。3.3.靜止的、延續(xù)的同一流體內(nèi)、同一程度面處各靜止的、延續(xù)的同一流體內(nèi)、同一程度面處各點壓力相等。點壓力相等。( ( 等壓面等壓面 ) )4.4.壓力或壓差可用液柱高度表示。壓力或壓差可用液柱高度表示。 H = H =P2 - P0P2 - P0/ / g g 1 2 Z1 Z2 2112zzgpp 3 3、流體靜力學(xué)根本方程的運用、流體靜力學(xué)根本方程的運用 AAP1 P21 1壓力測定壓力測定 U U型管壓差型管壓差計計 RHA-A為等壓面為等壓面PA=PAPA= P1+ g ( H+R )PA=P2+ g R+ gH P1

9、- P2= R g (- )如丈量氣體如丈量氣體 0 P1 - P2= R g 一臂通大氣一臂通大氣?微差壓差計微差壓差計 放大讀數(shù)放大讀數(shù) P1 P2 a R b 特點：特點：1 1內(nèi)裝兩種密度相內(nèi)裝兩種密度相近且不互溶的指示近且不互溶的指示劑；劑；2 2U U型管兩臂各裝型管兩臂各裝擴(kuò)展室水庫。擴(kuò)展室水庫。 P1-P2= P1-P2=a- a- b bRgRg傾斜液柱壓差計傾斜液柱壓差計1R R= R1 sin (2) 液位的測定液位的測定 液位計的原理遵照靜止液體內(nèi)部壓強變化的規(guī)律,是靜力學(xué)根本方程的一種運用。 液柱壓差計丈量液位的方法： 由壓差計指示液的讀數(shù)由壓差計指示液的讀數(shù)R可以計

10、算可以計算出容器內(nèi)液面的高度。出容器內(nèi)液面的高度。 當(dāng)當(dāng)R0時，容器內(nèi)的液面高度將時，容器內(nèi)的液面高度將到達(dá)允許的最大高度，容器內(nèi)液面到達(dá)允許的最大高度，容器內(nèi)液面愈低，壓差計讀數(shù)愈低，壓差計讀數(shù)R越大。越大。 R遠(yuǎn)間隔控制液位的方法：遠(yuǎn)間隔控制液位的方法： 緊縮氮氣自管口經(jīng)調(diào)理閥通入，調(diào)節(jié)氣體的流量使氣流速度極小，只需在鼓泡察看室內(nèi)看出有氣泡緩慢逸出即可。 壓差計讀數(shù)R的大小，反映出貯罐內(nèi)液面的高度 。 AhRB(3) 液封高度的計算液封高度的計算 液封的作用： 假設(shè)設(shè)備內(nèi)要求氣體的壓力不超越某種限制時，液封的作用 就是： 當(dāng)氣體壓力超越這個限制時，氣體沖破液封流出，又稱為平安性液封。 假設(shè)

11、設(shè)備內(nèi)為負(fù)壓操作，其作用是： 液封需有一定的液位，其高度確實定就是根據(jù)流體靜力學(xué)根本方程式。p pR氣體氣體Rp p真空表真空表氣氣氣氣水水R液封 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動流體在管內(nèi)的流動一、流量與流速一、流量與流速 Vm AmG 又又稱稱質(zhì)質(zhì)量量通通量量，單單位位為為 kg/m2 suG uAGAm 體積流速體積流速質(zhì)量流速質(zhì)量流速流速流速點速度點速度AvdAAVuA 平平均均流流速速，單位：，單位：m/s-關(guān)系：關(guān)系：smVskgm3表示，表示，體積流量，用體積流量，用表示，表示，質(zhì)量流量，用質(zhì)量流量，用流量流量v，單位，單位m/s二穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動二穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 流動參

12、數(shù)都不隨時間而變化，就稱這種流動為穩(wěn)定流流動參數(shù)都不隨時間而變化，就稱這種流動為穩(wěn)定流動。否那么就稱為不穩(wěn)定流動。動。否那么就稱為不穩(wěn)定流動。 對于圓形管道24dA24dVuSuVdS4三、延續(xù)性方程三、延續(xù)性方程 m1 = m2 m =V = uA u1 A1 1= u2 A2 2=常數(shù) 對于不可緊縮性流體,密度可視為不變 u1 A1= u2 A2 -延續(xù)性方程 圓形管道 ： u1 /u2 = (d2/d1)2衡算范圍：取管內(nèi)壁截面衡算范圍：取管內(nèi)壁截面1-1與截面與截面2-2間的管段。衡算基準(zhǔn)：間的管段。衡算基準(zhǔn)：1s對于延續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)：對于延續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)： 1122二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)二、

13、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)1 1、雷諾實驗、雷諾實驗 2 2、雷諾數(shù)、雷諾數(shù)ReReduRe雷諾數(shù)的因次雷諾數(shù)的因次 ：duRe 23/././msNmkgsmm000skgmReRe是一個沒有單位，沒有因次的純數(shù)是一個沒有單位，沒有因次的純數(shù) 。在計算在計算ReRe時，一定要留意各個物理量的單位必需一致。時，一定要留意各個物理量的單位必需一致。雷諾準(zhǔn)數(shù)可以判別流型雷諾準(zhǔn)數(shù)可以判別流型 流體在圓形直管內(nèi)流動時：流體在圓形直管內(nèi)流動時： 時，當(dāng)2000Re 流體的流動類型屬于滯流流體的流動類型屬于滯流 ；時，當(dāng)4000Re 流體的流動類型屬于湍流；流體的流動類型屬于湍流； 能夠是滯流，也能夠是湍流，與外

14、界條件有關(guān)。過渡區(qū)時，4000Re2000本質(zhì)區(qū)別 分層流動 質(zhì)點的脈動 dydu圓管內(nèi)滯流與湍流的比較滯流湍流速度分布 22max1Rruu)7(11maxnRruun平均速度 max21uum)7(82. 0maxnuum剪應(yīng)力 dydu一、測速管：又稱皮托一、測速管：又稱皮托Pitot管管1、測速管的構(gòu)造和原理、測速管的構(gòu)造和原理 u A R p 對于某程度管路，測速管的內(nèi)管A點測得的是管口所在位置的部分流體動壓頭與靜壓頭之和，稱為沖壓頭 。gpguhAA22B點測得為靜壓頭點測得為靜壓頭gphBB沖壓頭與靜壓頭之差沖壓頭與靜壓頭之差gugpphhBABA22 壓差計的指示數(shù)R代表A，B

15、兩處的壓強之差。 假設(shè)所測流體的密度為，U型管壓差計內(nèi)充有密度為的指示液，讀數(shù)為R。ggRgu22)(2gRu測速管測定管內(nèi)流體的根本原理和換算公式 實踐運用時)(2gRcuc=0.981.00 2、運用皮托管的本卷須知、運用皮托管的本卷須知 1測速管所測的速度是管路內(nèi)某一點的線速度，它可以測速管所測的速度是管路內(nèi)某一點的線速度，它可以用于測定流道截面的速度分布。用于測定流道截面的速度分布。 2普通運用測速管測定管中心的速度，然后可根據(jù)截面普通運用測速管測定管中心的速度，然后可根據(jù)截面上速度分布規(guī)律換算平均速度。上速度分布規(guī)律換算平均速度。 3測速管應(yīng)放置于流體均勻流段，且其管口截面嚴(yán)厲垂測速

16、管應(yīng)放置于流體均勻流段，且其管口截面嚴(yán)厲垂直于流動方向，普通丈量點的上，下游最好均有直于流動方向，普通丈量點的上，下游最好均有50倍直徑倍直徑長的直管間隔，至少應(yīng)有長的直管間隔，至少應(yīng)有812倍直徑長的直管段。倍直徑長的直管段。 4測速管安裝于管路中，安裝頭部和垂直引出部分都將測速管安裝于管路中，安裝頭部和垂直引出部分都將對管道內(nèi)流體的流動產(chǎn)生影響，從而呵斥丈量誤差。因此對管道內(nèi)流體的流動產(chǎn)生影響，從而呵斥丈量誤差。因此，除選好測點位置，盡量減少對流動的干擾外，普通應(yīng)選，除選好測點位置，盡量減少對流動的干擾外，普通應(yīng)選取皮托管的直徑小于管徑的取皮托管的直徑小于管徑的1/50。 優(yōu)點：構(gòu)造簡單、

17、阻力小、運用方便，尤其適用于丈量氣體管道內(nèi)的流速。缺陷：不能直接測出平均速度，且壓差計讀數(shù)小，常須放大才干讀得準(zhǔn)確。二、孔板流量計二、孔板流量計1、構(gòu)造和原理、構(gòu)造和原理 p1 p2 1 2 R 孔孔板板流流量量計計兩種取壓方式：兩種取壓方式：(1) 角接法取壓口在法蘭上； (2) 徑接法徑接法上游取壓口在距孔板1倍管徑處，下游取壓口在距孔板1/2倍管徑處。孔板流量計.swf 影響兩測壓點間的壓力差的要素：孔板構(gòu)造、流速。 22222211upup 丈量原理：丈量原理： p1 p2 1 2 0 R 孔孔 板板 流流 量量 計計暫不計摩擦損失，1、2之間有：21222212221122AAuuu

18、pp212122211ppAAu孔流系數(shù)：取決于截面比A0/A1,管內(nèi)雷諾數(shù)Re1,孔口的外形及加工精度等。 210212100221ppCppAACuD 孔流系數(shù) 002gRC 000002gRACAuV)(002211孔孔口口uAuAuA 用 A0代替 A2，再考慮到機械能損失孔板一定時： 1010,ReAAfC 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 104 105 106Re1 孔流系數(shù)C0與Re1及A0/A1

19、的關(guān)系C0值多在0.6 至0.7 之間當(dāng)當(dāng)Re1超越某界限值時，超越某界限值時，C0不不再隨再隨Re1而變而變C0=const，此時，此時流量就與壓差計讀數(shù)的平方根流量就與壓差計讀數(shù)的平方根成正比，因此，在孔板的設(shè)計成正比，因此，在孔板的設(shè)計和運用中，希望和運用中，希望Re1大于界限大于界限值。值。優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便缺陷：機械能損失稱之為永久損失大。安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d1 運用本卷須知：運用本卷須知：20RgChf 孔板的縮口愈小，孔口速度愈大，讀數(shù)就愈大，阻力損失愈大。所以，選擇孔板流量計A0/A1的值，往往是設(shè)計

20、該流量計的中心問題。 當(dāng)d0/d1=0.2時，永久損失約為測得壓差的90%，常用的d0/d1=0.5情形下，永久損失也有75%。三、文丘里流量計三、文丘里流量計1、構(gòu)造和原理、構(gòu)造和原理 000002gRACAuVC0約為 0.980.99收縮段錐角通常取1525，擴(kuò) 展 段 錐 角 要 獲 得 小 些 ， 普 通 為57缺陷：加工比孔板復(fù)雜，因此造價高，且安裝時需占去一定管長位置。優(yōu)點：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的保送。 u A R 1 2 0 R 孔板流量計孔板流量計 R變壓頭流量計的特點是：變壓頭流量計的特點是：恒截面，變壓頭。恒截面，變壓頭?？偨Y(jié)：總結(jié)：四、轉(zhuǎn)子流量計四、轉(zhuǎn)子流量計1、構(gòu)造和原理、構(gòu)造和原理凈凈重重力力升升力力 微錐形玻璃管，錐角約為4左右 。轉(zhuǎn)子或稱浮子,直徑略小于玻璃管的內(nèi)徑；轉(zhuǎn)子密度須大于被測流體的密度。 u0 0 0 1 1 u1 升升 力力浮浮 力力轉(zhuǎn)子流量計.swf 重重力力浮浮力力升力升力 u0 0 0 1 1 u1當(dāng)轉(zhuǎn)子停留在某一高度時， fffAuuAzzgApp212010012 將轉(zhuǎn)子近似看為一個圓柱體，那么在0-0、1-1面間列伯努利方程： 重重力力 fpA gVAppfff 01gVAuufff21202 gVAAAufff 21020121100A