第二章流體流動及輸送

1、 ata - 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) atg - 表壓強(qiáng)表壓強(qiáng) 真空度真空度=當(dāng)時大氣壓當(dāng)時大氣壓-絕對壓力絕對壓力式式(1),(2),(3)均稱為流體靜力學(xué)基本方程。均稱為流體靜力學(xué)基本方程。 常數(shù)常數(shù)1.簡單測壓管簡單測壓管 最簡單的測壓管如圖圖1所示。 A點(diǎn)為測壓口 測壓口與一玻璃管連接，測壓口與一玻璃管連接， 玻璃管的另一端與大氣相通玻璃管的另一端與大氣相通 玻璃管中液面高度為玻璃管中液面高度為R 根據(jù)流體靜力學(xué)方程得根據(jù)流體靜力學(xué)方程得 pA = pa +gR 表示用表示用U型測壓管測量容器中型測壓管測量容器中A點(diǎn)的壓強(qiáng)點(diǎn)的壓強(qiáng)， 在在U型管內(nèi)放有某種液體作為指示液型管內(nèi)放有某種液體作為指

2、示液， 指示液必須與被測流體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且不互溶指示液必須與被測流體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且不互溶， 其密度其密度i大于被測流體的密度大于被測流體的密度。 根據(jù)流體靜力學(xué)原理可知圖根據(jù)流體靜力學(xué)原理可知圖2中中 1，2兩點(diǎn)的壓強(qiáng)兩點(diǎn)的壓強(qiáng)p1 = p2，而，而p1， p2 可用下兩式計(jì)算可用下兩式計(jì)算 p1 = pA + gh1 p2 = pa +igR 由此得由此得A點(diǎn)的壓強(qiáng)為：點(diǎn)的壓強(qiáng)為： pA = pa +igR -gh1 若容器內(nèi)為氣體，則由氣柱h1造成的壓強(qiáng)可忽略，得 pA - pa =igR 此時U型測壓管的指示液讀數(shù)表示A點(diǎn)壓強(qiáng)與大氣壓之差， 讀數(shù)R表示A點(diǎn)的表壓。 3. U型壓差計(jì)型

3、壓差計(jì) 如果U型測壓管的兩端分別與兩個測壓口相連， 則可以測得兩測壓點(diǎn)之間的壓差，故稱為壓差計(jì) 圖圖3表示用U型壓差計(jì)測量A，B兩點(diǎn)的壓差， 因U型管內(nèi)的指示液處于靜止?fàn)顟B(tài)，故位于 同上水平面1，2兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等，即 p1 = p2 p1 = pA + gh1 p2 = pB +g(h2 - R) +igR 只有當(dāng)兩測壓口處于等高面上，ZA = ZB（即被測管道水平放置）時， U型壓差計(jì)才能直接測得兩點(diǎn)的壓差 pA - pB = (i-)gR 同樣的壓差，用U型壓差計(jì)測量的讀數(shù)R與密度差（i-）有關(guān) 故應(yīng)妥善選擇指示液的密度i，使讀數(shù)R在適宜的范圍內(nèi)。 4. 微差壓差計(jì)微差壓差計(jì) 若所測量的壓

4、強(qiáng)差很小 U型壓差計(jì)的讀數(shù)R也就很小 為把讀數(shù)R放大 除了在選用指示液時 盡可能使其密度與被測流體的密度相接近外 還可采用如圖圖4所示的微差壓差計(jì) 若容器離操作點(diǎn)較遠(yuǎn)或埋在地下若容器離操作點(diǎn)較遠(yuǎn)或埋在地下 要測量其液位可采用如圖要測量其液位可采用如圖5所示的裝置所示的裝置 控制調(diào)節(jié)閥使壓縮空氣控制調(diào)節(jié)閥使壓縮空氣 （若容器內(nèi)液體為易燃易爆液體則用壓縮氮?dú)馊羧萜鲀?nèi)液體為易燃易爆液體則用壓縮氮?dú)猓?緩慢地鼓泡通過觀察瓶通入容器緩慢地鼓泡通過觀察瓶通入容器 通氣管距容器底面為通氣管距容器底面為h 因通氣管內(nèi)壓縮空氣流速很小因通氣管內(nèi)壓縮空氣流速很小 可以認(rèn)為在容器內(nèi)通氣管出口可以認(rèn)為在容器內(nèi)通氣管出

5、口1 - 1面的壓強(qiáng)面的壓強(qiáng) 與通氣管上的與通氣管上的U型壓差計(jì)型壓差計(jì)2 - 2面的壓強(qiáng)相等面的壓強(qiáng)相等 p1 = pa +gH p2 = pa +igR 由于由于p1 = p2，pa為大氣壓強(qiáng)，為大氣壓強(qiáng)， 則 流體從流體從1 - 1截面流入，從截面流入，從2 - 2截面流出。截面流出。 在圖所示的穩(wěn)定流動系統(tǒng)中在圖所示的穩(wěn)定流動系統(tǒng)中 21vevUQpdv實(shí)際上eQ換熱器加入的熱量及能量損失兩部分組成,即21vevUQpdv由數(shù)學(xué)可知2211()vpvppvpdvvdp流體無粘性，即所謂理想流體流體無粘性，即所謂理想流體 那么流體在流動過程中無摩擦損失，流速分布均勻那么流體在流動過程中無

6、摩擦損失，流速分布均勻 已知流體質(zhì)量流量已知流體質(zhì)量流量qm管道截面積管道截面積A （1）在流體流動管道中任取一微元段流體）在流體流動管道中任取一微元段流體 長為長為dx，質(zhì)量為，質(zhì)量為dm （2）分析微元段流體的受力情況）分析微元段流體的受力情況 x向壓力為向壓力為 pA 和和 -（p+dp）A 重力在重力在x向分力為向分力為 -gdmsin 因?yàn)橐驗(yàn)?dm=Adx，dxsin=dZ 所以所以 -gdmsin=-gA dxsin=-gA dZ 則則x向合力為向合力為pA-（p+dp）A- gA dZ=-Adp- gA dZ 近壁面的流體將受阻而降速近壁面的流體將受阻而降速 隨著流體沿壁面向前

7、流動隨著流體沿壁面向前流動 流速受影響的區(qū)域逐漸增大流速受影響的區(qū)域逐漸增大 通常定義通常定義 流速降至未受邊壁影響流速的流速降至未受邊壁影響流速的99% 以內(nèi)的區(qū)域?yàn)檫吔鐚右詢?nèi)的區(qū)域?yàn)檫吔鐚?邊界層是邊界影響所及的區(qū)域邊界層是邊界影響所及的區(qū)域。 n（1）流道擴(kuò)大時必造成逆）流道擴(kuò)大時必造成逆壓強(qiáng)梯度壓強(qiáng)梯度（2 2）逆壓強(qiáng)梯度易造成邊界層的分離）逆壓強(qiáng)梯度易造成邊界層的分離； （3 3）邊界層分離造成大量旋渦，大大增加機(jī)械能損耗）邊界層分離造成大量旋渦，大大增加機(jī)械能損耗 因次分析法因次分析法 (自學(xué))因次分析法的基礎(chǔ)是因次一致性，即任何物理方程的等式兩邊不因次分析法的基礎(chǔ)是因次一致性，即

8、任何物理方程的等式兩邊不僅數(shù)值相等僅數(shù)值相等，因次也必須相等因次也必須相等 因次分析法的基本定理是因次分析法的基本定理是定理定理 設(shè)影響該現(xiàn)象的物理量數(shù)為設(shè)影響該現(xiàn)象的物理量數(shù)為n個，這些物理量的基本因次數(shù)為個，這些物理量的基本因次數(shù)為m個，則該物理現(xiàn)象可用個，則該物理現(xiàn)象可用 N = n - mN = n - m個獨(dú)立的無因次數(shù)群關(guān)系式表示，這類無因次數(shù)群個獨(dú)立的無因次數(shù)群關(guān)系式表示，這類無因次數(shù)群稱為準(zhǔn)數(shù)。稱為準(zhǔn)數(shù)。對湍流時直管阻力損失對湍流時直管阻力損失hf，經(jīng)分析和初步實(shí)驗(yàn)獲得影響因素為：，經(jīng)分析和初步實(shí)驗(yàn)獲得影響因素為： 流體性質(zhì)：密度流體性質(zhì)：密度、粘度、粘度 流動條件：流速流動條件：流速u u 流動的幾何尺寸：管徑流動的幾何尺寸：管徑d d、管長、管長l l、管壁粗糙度、管壁粗糙度（管壁突（管壁突出部分的平均高度）。出部分的平均高度）。 于是得到的關(guān)系式為于是得到的關(guān)系式為 hfhf = f = f（d d，l l