供熱培訓(xùn)ppt課件工程流體力學(xué)課件萬(wàn)世清

勝利石油管理局高級(jí)人才培訓(xùn)中心中共勝利石油管理局委員會(huì)黨校工程流體力學(xué)萬(wàn)世清工程技術(shù)培訓(xùn)中心2015年6月第一章緒論第一節(jié)流體力學(xué)的任務(wù)、發(fā)展概況和研究方法

一、任務(wù)：研究流體平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程中應(yīng)用。三個(gè)含義：研究對(duì)象—流體(液體、氣體)；研究?jī)?nèi)容—平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)；研究目的—應(yīng)用于工程噴淋滅火城市給水通風(fēng)二、研究方法理論分析方法：側(cè)重于理論分析；實(shí)驗(yàn)方法：原型觀測(cè)、模型觀測(cè)和模擬試驗(yàn)；數(shù)值計(jì)算方法：三、基本概念

1.

連續(xù)介質(zhì)：1753年歐拉提出把流體當(dāng)作是由密集質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的，內(nèi)部無(wú)空隙的連續(xù)體來(lái)研究。連續(xù)介質(zhì)基礎(chǔ)上認(rèn)為流體具有均勻等向性。2、無(wú)粘性流體(理想流體)為簡(jiǎn)化分析，在某些粘性不起作用或不起主要作用時(shí)，或?yàn)榱搜芯糠奖悖瑫簳r(shí)忽略流體的粘性。3、不可壓縮流體

不計(jì)壓縮性和熱脹性，密度可視為常數(shù)的流體，稱為不可壓縮流體。如氣體在大多數(shù)情況下可以看成不可壓縮流體，接近或超過(guò)音速時(shí)才必須用可壓縮模型。第二節(jié)作用于流體上的力按作用方式將作用于流體上的力分為質(zhì)量力和表面力1、質(zhì)量力

作用于每一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上，與質(zhì)量成比例的力。作用在單位質(zhì)量流體上的力稱為單位質(zhì)量力（2）慣性力：其單位質(zhì)量力為a，方向與加速度相反。aa加速度單位慣性力流體力學(xué)中常見(jiàn)的質(zhì)量力有兩種：（1）重力：其單位質(zhì)量力為g，方向與重力加速度一致；2、表面力

作用于流體的表面，與作用的面積成比例的力，稱為表面力。

表面力可以是作用于流體的邊界面（液體與固體或氣體的接觸面）上的壓力、切力，也可以是一部分流體質(zhì)點(diǎn)作用相鄰的另一部分流體質(zhì)點(diǎn)的壓力、切力。作用在單位面積上的表面力稱為應(yīng)力，單位為N/m2FTP壓強(qiáng)：作用在單位面積上的壓力，稱為平均壓強(qiáng)。

切應(yīng)力：作用在單位面積上的切力，稱平均切應(yīng)力。

壓強(qiáng)與切應(yīng)力的單位均為帕斯卡，以Pa表示第三節(jié)流體的主要物理性質(zhì)1、易流性

流體在靜止時(shí)不能承受切力、不能抵抗剪切變形，流體的這種性質(zhì)稱為易流性。同時(shí)，流體也不能抵抗拉力，而抗壓能力卻很強(qiáng)。2、質(zhì)量與密度

質(zhì)量是物體慣性大小的量度，以m

表示。密度

（非均質(zhì)流體）對(duì)空間各點(diǎn)處密度相同的均質(zhì)流體，其密度為：流體的比體積v：通常將單位質(zhì)量流體所占據(jù)的空間體積稱為比體積。流體的相對(duì)密度：某均質(zhì)流體的質(zhì)量與4℃同體積純水的質(zhì)量的比稱為該流體的相對(duì)密度。3、重量與容重容重

重量是質(zhì)量和重力加速度的乘積，即容重與密度的關(guān)系

4℃水的容重為

9.807×1000=9807N/m34

、粘滯性粘滯性即流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。這種內(nèi)摩擦力也稱為粘滯力。粘性是流體固有屬性，是運(yùn)動(dòng)流體產(chǎn)生能量損失根源dudtuu+duuydy經(jīng)dtdab’a’bdc’cd’u+duu0牛頓內(nèi)摩擦定律：1.與流速梯度成正比；2.與接觸面積A成正比；3.與流體的種類有關(guān)；4.與流體的壓力無(wú)關(guān)。其公式為

單位面積上的內(nèi)摩擦力，即切應(yīng)力du/dy為速度梯度，它實(shí)際上是流體微團(tuán)的剪切變形速率。動(dòng)力粘度，以符號(hào)μ表示。單位為泊。物理意義：?jiǎn)挝凰俣忍荻葧r(shí)內(nèi)摩擦切應(yīng)力的大小。運(yùn)動(dòng)粘度：?jiǎn)挝唬簃2/s牛頓內(nèi)摩擦定律適用條件：只能適用于牛頓流體。思考題下面關(guān)于流體粘性的說(shuō)法中，不正確的是:

A、粘性是流體的固有屬性

B、粘性是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，流體有抵抗剪切變形速率能力的量

C、流體的粘性具有傳遞運(yùn)動(dòng)和阻滯運(yùn)動(dòng)的雙重性

2.理想流體有無(wú)能量損失？為什么？

D、液體的粘度隨溫度的升高而增大。無(wú)。因?yàn)槔硐肓黧wμ=0，沒(méi)有切應(yīng)力。例:

一塊可動(dòng)平板與另一塊不動(dòng)平板之間為某種液體，兩塊板相互平行，它們之間的距離h=0.5mm。若可動(dòng)平板以v=0.25m/s的水平速度向右移動(dòng)，為了維持這個(gè)速度需要每m2面積上的作用力為2N，求這二平板間液體的粘度。5、壓縮性和熱脹性

流體受壓，體積縮小，密度增大的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。流體受熱，體積膨脹，密度減小的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性。（1）液體的壓縮性和熱脹性液體的壓縮性，一般用壓縮系數(shù)來(lái)表示。

或：壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為流體的體積模量或體積彈性系數(shù)即：注意：

(1)E越大，越不易被壓縮，當(dāng)E→∞時(shí)，表示該流體絕對(duì)不可壓縮。

(2)流體的β、E隨溫度和壓強(qiáng)變化。

(3)流體的種類不同，其β和E值不同。

(4)在一定溫度和中等壓強(qiáng)下，水的體積彈性模量變化不大。（2）氣體的壓縮性和熱脹性

氣體具有顯著的壓縮性和熱脹性。當(dāng)溫度不過(guò)低，壓強(qiáng)不過(guò)高時(shí)，氣體的密度、壓強(qiáng)和溫度三者之間的關(guān)系，服從理想氣體狀態(tài)方程。即

第二章流體靜力學(xué)

本章討論流體靜平衡的力學(xué)規(guī)律，重點(diǎn)在于研究靜止流體中的壓強(qiáng)分布規(guī)律。流體靜止指流體質(zhì)點(diǎn)之間或流層之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它分為絕對(duì)靜止和相對(duì)靜止。注意：流體在靜止?fàn)顟B(tài)下沒(méi)有內(nèi)摩擦力，此時(shí)理想流體和實(shí)際流體一樣。

處于靜止?fàn)顟B(tài)下的流體質(zhì)點(diǎn)之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而流體的粘性不顯示出來(lái)，不存在切應(yīng)力。靜止流體中也不會(huì)有拉應(yīng)力，而只有壓應(yīng)力。

流體質(zhì)點(diǎn)間或質(zhì)點(diǎn)與邊界之間的相互作用只能以壓應(yīng)力的形式來(lái)體現(xiàn)。因?yàn)檫@個(gè)壓應(yīng)力發(fā)生于靜止流體中，所以稱為流體靜壓強(qiáng)，以區(qū)別于運(yùn)動(dòng)流體中的壓應(yīng)力（稱為動(dòng)壓強(qiáng)）。第一節(jié)流體靜壓強(qiáng)特性兩個(gè)特性：1、靜止液體壓強(qiáng)垂直指向作用面。2、靜止液體中任一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)與作用的方位無(wú)關(guān)，或者說(shuō)作用于同一點(diǎn)上各方向的靜壓大小相等。一、等壓面1、定義流體中壓強(qiáng)相等的點(diǎn)所組成的面稱等壓面。（該等壓面可能是平面，也可能是曲面）靜止流體中等壓面為水平面。旋轉(zhuǎn)流體中等壓面為旋轉(zhuǎn)拋物面。第二節(jié)等壓面2、等壓面性質(zhì)1.不同密度流體的分界面必為等壓面。2.在靜止流體中質(zhì)量力與等壓面正交。注意:

（1）靜止流體質(zhì)量力僅為重力時(shí)，等壓面必定是水平面;

（2）靜止流體與大氣接觸的自由表面為等壓面；（3）不同流體的交界面是等壓面。思考題1.相對(duì)平衡的流體的等壓面是否為水平面？為什么？什么條件下的等壓面是水平面？（不一定，相對(duì)平衡的流體有慣性力，質(zhì)量力只有重力作用下的靜止流體的等壓面是水平面）2.圖中哪個(gè)斷面為等壓面?

A.C-C’斷面

B.B-B’斷面3.圖中哪個(gè)斷面為等壓面?第三節(jié)重力作用下流體的壓強(qiáng)分布規(guī)律所受質(zhì)量力只有重力的流體常稱為靜止重力流體。

對(duì)于不可壓縮均勻流體對(duì)于靜止流體中的任意兩點(diǎn)，上式可寫為：p2=p1+γ(z1–z2)=p1+γΔhz112z20z0hp0z0上二式均稱為流體靜力學(xué)基本方程。把上式應(yīng)用于液面與液面下任一點(diǎn)，可得：

z+p/γ=z0+p0/γ=常數(shù)或p=p0+γ(z0–z)=p0+γh=p0+ρgh上式也稱為水靜力學(xué)基本方程，

式中h=z0-z：表示該點(diǎn)在自由面以下的淹沒(méi)深度稱為淹深。

p0

：自由面上的氣體壓強(qiáng)。1.以上各式均僅適用于均質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)；2.僅在重力作用下，靜止流體中某一點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)隨深度按線性規(guī)律增加；3.任意點(diǎn)壓強(qiáng)由兩部分組成，一部分為自由表面壓強(qiáng)p0，另一部分為液體質(zhì)量產(chǎn)生的壓強(qiáng)γh；4.自由表面下深度h相等的各點(diǎn)壓強(qiáng)均相等——只有重力作用下的同一連續(xù)連通的靜止流體的等壓面是水平面；5.推廣：已知某點(diǎn)的壓強(qiáng)和兩點(diǎn)間的深度差，即可求另外一點(diǎn)的壓強(qiáng)值。(a)(b)(c)淹深相同的各點(diǎn)靜壓強(qiáng)相等，只適用于質(zhì)量力只有重力的同一種連續(xù)介質(zhì)。對(duì)不連續(xù)液體或一個(gè)水平面穿過(guò)了兩種不同介質(zhì)，位于同一水平面上的各點(diǎn)壓強(qiáng)并不相等。二、流體靜力學(xué)基本方程的物理意義和幾何意義1、幾何意義：方程各項(xiàng)量綱均為長(zhǎng)度，可用幾何高度表示。在流體力學(xué)中，方程中的

z—稱為位置水頭，

p/γ—壓強(qiáng)水頭，

z+p/γ—測(cè)壓管水頭。Z1P1/γ12Z2P2/γ

在靜止流體中，測(cè)壓管水頭等于常數(shù)。2、能量意義：Z：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的重力勢(shì)能，簡(jiǎn)稱位能。p/γ：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的壓力勢(shì)能，簡(jiǎn)稱壓能。如圖，在壓強(qiáng)p作用下，該處的液體被升高一個(gè)高度hp=p/γ。因此作用在液體上壓強(qiáng)具有作功能力因此，流體靜力學(xué)基本方程的物理意義是：靜止流體中任一點(diǎn)單位位能與單位勢(shì)能之和為常數(shù)。Z1P1/γ12Z2P2/γ思

考

題

1.在靜止流體中，各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭是否相等？相等第四節(jié)壓強(qiáng)的計(jì)量單位和表示方法一、三種計(jì)量單位：1、從壓強(qiáng)的基本定義出發(fā)，用單位面積上的力表示2、用大氣壓的倍數(shù)來(lái)表示國(guó)際上規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（溫度為0℃，緯度為45°時(shí)海平面上壓強(qiáng)，用atm表示）相當(dāng)于760mm水銀柱底部所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即1atm=1.013×105pa。一個(gè)工程大氣壓相當(dāng)于735mm水銀柱或10m水柱底部所產(chǎn)生的壓強(qiáng)

1at=9.8×104pa。(≈0.1Mpa)

3、用液柱高度表示常用水柱高度或水銀柱高度表示，一個(gè)工程大氣壓相應(yīng)的水柱高度為10m.二、兩種表示方法：

1、絕對(duì)壓強(qiáng)：設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空狀態(tài)作為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)，稱為絕對(duì)壓強(qiáng)，總是正的。

2、相對(duì)壓強(qiáng)(計(jì)示壓強(qiáng))：以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛閴簭?qiáng)的零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)值，稱為相對(duì)壓強(qiáng)。

相對(duì)壓強(qiáng)可正可負(fù)。當(dāng)流體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于大氣壓時(shí)，流體中就出現(xiàn)了真空。以真空壓度pv

表示用液柱高度表示真空壓強(qiáng)的大小

幾種壓強(qiáng)的關(guān)系，圖示如下：00’絕對(duì)壓強(qiáng)零點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)零點(diǎn)A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)B點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)BAA點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)B點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)（負(fù)值）p例:

一封閉水箱（見(jiàn)圖），自由面上氣體壓強(qiáng)為85kN/m2，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kPa,求液面下淹沒(méi)深度h為1m處點(diǎn)C的絕對(duì)靜水壓強(qiáng)、相對(duì)靜水壓強(qiáng)和真空度。

解：C點(diǎn)絕對(duì)靜水壓強(qiáng)為

C點(diǎn)的相對(duì)靜水壓強(qiáng)為

相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，說(shuō)明C點(diǎn)存在真空。真空度為相對(duì)壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)—當(dāng)?shù)卮髿鈮嚎烧韶?fù)某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮?，處于真空狀態(tài)，求真空度？真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮骸^對(duì)壓強(qiáng)恒為正思考題

1.如圖所示的密閉容器中，液面壓強(qiáng)p0＝9.8kPa，A點(diǎn)壓強(qiáng)為49kPa，則B點(diǎn)壓強(qiáng)為,在液面下的深度為。2.露天水池水深5m處的相對(duì)壓強(qiáng)為：A.

5kPa

C.

147kPaD.

205kPa39.2kPa3mB.

49kPa4.僅在重力作用下,靜止液體中任意一點(diǎn)對(duì)同一基準(zhǔn)面的單位勢(shì)能為_(kāi)______？

A.隨深度增加而增加

C.隨深度增加而減少

D.不確定。6.某點(diǎn)的真空度為65000Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa，該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為：

A.65000Pa

B.55000Pa

D.

165000Pa

B.

常數(shù)C.35000Pa第五節(jié)流體壓強(qiáng)的量測(cè)1、測(cè)壓管（單管測(cè)壓計(jì)）

注意：測(cè)得的壓強(qiáng)是絕對(duì)壓強(qiáng)還是相對(duì)壓強(qiáng)？2、U形管測(cè)壓計(jì)：

一根兩端開(kāi)口的U形玻璃管，管內(nèi)可裝水、酒精或水銀等（不與被測(cè)流體相混）。U形管一端與待測(cè)點(diǎn)處器壁小孔相通，另一端與大氣通如圖，1-2為等壓面，據(jù)流體靜力學(xué)基本方程可得：

pA+γa=γ’

hm

pA=

γ’hm-γa或hmapaγAU形管測(cè)壓計(jì)’123、U形管真空計(jì)

U形管測(cè)壓計(jì)亦可測(cè)量流體中某點(diǎn)的真空壓強(qiáng)。如圖所示。

pA=

-γHgh2-γ1h1

pAV=

γHgh2+γ1h1

(汞柱）γ1Ah1h2γHg4、U形管壓差（比壓）計(jì)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的壓強(qiáng)差，常用U形管內(nèi)裝有與待測(cè)流體不相混的某種流體，兩端分別與兩待測(cè)點(diǎn)A、B處的器壁小孔連通。如圖所示。由標(biāo)尺量出Δz、h1p。即可求得A、B兩點(diǎn)的壓差pA-pB。如圖所示，M-N為等壓

pM=pA+γ（h+hm）

pN=pB+γ（Δz+h）+γmhm得：pA-pB=γΔz+（γm-γ）hm將Δz=zB-zA代入上式得

pA-pB=γ(zB-zA)+(γm-γ)hm同除以γ，并移項(xiàng)得：ZBABγγΔZhhmZAγm00MN1.壓力表和測(cè)壓計(jì)上測(cè)得的壓強(qiáng)是絕對(duì)壓強(qiáng)還是相對(duì)壓強(qiáng)？2.判斷：測(cè)壓管內(nèi)液柱的高度就是壓強(qiáng)水頭。3.在如圖所示的密閉容器上裝有U形水銀測(cè)壓計(jì),其中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為

A.p1=p2=p3

B.p1>p2>p3

D.p2<p1<p3

(相對(duì)壓強(qiáng))(錯(cuò))C.p1<p2<p34.如圖所示，

A.p0=pa

C.p0<pa

D.無(wú)法判斷5.如圖所示的密封容器，當(dāng)已知測(cè)壓管高出液面h=1.5m，求液面相對(duì)壓強(qiáng)p0，用水柱高表示。容器盛的液體是汽油。(ρg=7.35kN/m3)

A.1.5m

C.2m

D.11.5mB.p0>paB.1.125m測(cè)試題1.靜止液體中存在（）a.切應(yīng)力b.壓應(yīng)力c.切應(yīng)力和壓應(yīng)力d.壓應(yīng)力和拉應(yīng)力2.相對(duì)壓強(qiáng)的起點(diǎn)是（）a.絕對(duì)真空b.一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓c.當(dāng)?shù)卮髿鈮篸.液面壓強(qiáng)3.金屬壓力表的讀數(shù)值是（）

a.絕對(duì)壓強(qiáng)b.相對(duì)壓強(qiáng)c.絕對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

d.相對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?.靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)與（）無(wú)關(guān)。a.點(diǎn)的位置b.作用面的方向

c.流體的種類d.重力加速度5.U形水銀測(cè)壓計(jì)測(cè)A點(diǎn)壓強(qiáng)，，,

A點(diǎn)的真空值是（）

a.63.70 b.69.583

c.104.37 d.260

6.靜止的水僅受重力作用時(shí)，測(cè)壓管水頭線必為（）

a.水平線b.直線c.斜線d.曲線h1h2第3章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)

流體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)空的變化情況，建立它們之間的關(guān)系式，并用這些關(guān)系式解決工程上的問(wèn)題。

第一節(jié)流體運(yùn)動(dòng)的描述方法及相關(guān)概念分為拉格朗日法和歐拉法一、拉格朗日法把流體的運(yùn)動(dòng)看成由無(wú)數(shù)個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總和。用質(zhì)點(diǎn)起始坐標(biāo)（a，b，c）作為質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)志，任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置坐標(biāo)是起始坐標(biāo)和時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)：

二、歐拉法以流動(dòng)的空間作為研究對(duì)象，觀察不同時(shí)刻各空間點(diǎn)（x,y,z）上流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。液體運(yùn)動(dòng)的空間稱為流場(chǎng)。三、恒定流和非恒定流以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，若各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素（速度、壓強(qiáng)、密度等）皆不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱為恒定流，反之稱為非恒定流。四、流線和跡線1、流線的概念流線是某一確定時(shí)刻在流場(chǎng)中所作的空間曲線，上每一點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的速度矢量，都與曲線相切2、流線的性質(zhì)一般情況下流線不相交。恒定流時(shí)，流線的形狀和位置不隨時(shí)間而改變。恒定流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的跡線與流線相重合。1234、跡線某一流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不同時(shí)刻所流經(jīng)的空間點(diǎn)連成的線稱為跡線，即流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過(guò)的軌跡線。

四、流管過(guò)水?dāng)嗝妗⒃骱涂偭?、流管、流束在流場(chǎng)中任取不與流線重合的封閉曲線，過(guò)曲線上各點(diǎn)作流線，所構(gòu)成的管狀表面稱為流管。流管內(nèi)的液流稱為流束。因?yàn)榱骶€不能相交，所以流體不能由流管壁出入。對(duì)于恒定流流管、流束不隨時(shí)間變化。流管流束2、過(guò)流斷面在流束上與流線正交的橫斷面稱為過(guò)流斷面。流線相互平行時(shí)，過(guò)流斷面是平面，否則是曲面。3、元流和總流元流是過(guò)流斷面無(wú)限小的流束，元流斷面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如z、u、p均相同。總流是過(guò)水?dāng)嗝鏋橛邢薮蟮牧魇?，是由無(wú)數(shù)元流構(gòu)成,斷面上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)一般情況下是不相同的。過(guò)流斷面過(guò)流斷面元流4、流量、斷面平均流速（1）流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)某一過(guò)流斷面的流體體積稱為體積（質(zhì)量）流量，通常所說(shuō)的流量一般指體積流量，用Q表示。質(zhì)量流量用Qm表示。

對(duì)于均質(zhì)不可壓縮的流體，密度為常數(shù)，則質(zhì)量流量為：（3-4）（2）斷面平均流速定義：如果過(guò)流斷面上各點(diǎn)的流速都等于ν，此時(shí)所通過(guò)的流量與實(shí)際上流速為不均勻分布時(shí)所通過(guò)的流量相等，則流速ν就稱為斷面平均流速。

uyQv（3-5）（3-6）（3-7）而質(zhì)量流量或：均勻流具有以下特性：

均勻流的過(guò)流斷面為平面，且過(guò)流斷面的形狀和尺寸沿程不變。均勻流中，同一流線上不同點(diǎn)的流速應(yīng)相等。

恒定均勻流過(guò)流斷面上的動(dòng)壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜壓強(qiáng)分布規(guī)律相同，即同一過(guò)流斷面上各點(diǎn)測(cè)壓管水頭為一常數(shù)。五、均勻流均勻流指各運(yùn)動(dòng)要素不隨空間變化而變化（1）漸變流流線雖然不是平行直線，但幾乎近于平行直線。（2）急變流流線之間夾角很大或者流線的曲率半徑很小。

注意：漸變流動(dòng)壓強(qiáng)服從靜壓強(qiáng)分布；而急變流動(dòng)壓強(qiáng)分布特性復(fù)雜。

通常邊界近于平行直線時(shí)，流體往往是漸變流。管道轉(zhuǎn)彎、斷面突擴(kuò)或收縮，為急變流。第二節(jié)流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程流體運(yùn)動(dòng)亦必須遵循質(zhì)量守恒定律?？偭鞯倪B續(xù)性方程或此即可壓縮流體恒定流的連續(xù)性方程。當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，，則此即不可壓縮流體恒定流的連續(xù)性方程。（3-13）或方程表明：在不可壓縮流體一元流動(dòng)中，平均流速與斷面積成反比。推廣到任意斷面

流速之比與斷面積成反比：

連續(xù)性方程確立了總流各斷面平均流速沿流向的變化規(guī)律。只要總流流量已知，或任一斷面的流速已知，即可由連續(xù)性方程確定任一斷面的平均流速。（3-16）分叉流的總流連續(xù)性方程或：qv1=qv2+qv3

問(wèn)題：變直徑管的直徑d1=320mm，d2=160mm，流速υ1=1.5m/s，υ2為：

A.3m/s

B.4m/sD.9m/s

C.6m/s1.空氣以平均速度v0＝2m/s流入斷面面積為40×40cm2的送風(fēng)管，然后經(jīng)四個(gè)斷面面積為10×10cm2的排氣孔流出試問(wèn)每排氣孔的平均出流流速為（）

A.8m/sB.4m/sC.2m/sD.1m/s2.恒定流指的是（）

A.物理量不變流動(dòng)；B.各空間點(diǎn)上物理量不隨時(shí)間變化流動(dòng)；C.空間各點(diǎn)物理量相同的流動(dòng)；D.無(wú)粘性的流動(dòng)思考題第四章理想流體動(dòng)力學(xué)第一節(jié)理想流體恒定元流的伯努利方程上式即是元流的伯努利方程，其應(yīng)用條件是：

1、理想流體；2、恒定流動(dòng)；3、質(zhì)量力只有重力；4、沿元流（流線）；5、不可壓縮均質(zhì)流體。二、伯努利方程的意義

1、幾何意義：Z：位置高度，又稱位置水頭；

理想流體的伯努利方程表明沿同一元流上（沿同一流線）各斷面的總水頭相等，總水頭線是水平線?？偹^線測(cè)壓管水頭線11222、能量意義：

Z:單位重量液體所具有的重力勢(shì)能（位能）；沿同一元流（流線），單位重量流體機(jī)械能守恒。[例4-2]有一貯水裝置如圖所示，貯水池足夠大，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)為2.8個(gè)大氣壓強(qiáng)。而當(dāng)將閥門全開(kāi)，水從管中流出時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)是0.6個(gè)大氣壓強(qiáng)試求當(dāng)水管直徑d=12cm時(shí)，通過(guò)出口的體積流量。解當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)列1-1、2-2截面的伯努利方程

當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)，應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程求出H值：則：代入到上式

所以管內(nèi)流量

（m3/s）第一節(jié)恒定總流的伯努利方程（能量方程）

一、漸變流及其性質(zhì)

1.

定義：質(zhì)點(diǎn)遷移加速度很小，流線近似是平行的直線的流動(dòng)。漸變流斷面突變流斷面Δ第五章實(shí)際流體的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2.

漸變流性質(zhì)：

a.

過(guò)水?dāng)嗝娼谄矫?，斷面上各點(diǎn)速度方向近于一致；

b.恒定漸變流過(guò)流斷面上的動(dòng)壓強(qiáng)按靜壓強(qiáng)規(guī)律分布：，即斷面上勢(shì)能為常數(shù)。漸變流斷面突變流斷面Δ二、總流的伯努利方程

u21122u1p1p2z1z200：動(dòng)能修正因數(shù)。用真實(shí)流速計(jì)算的動(dòng)能與平均流速計(jì)算的動(dòng)能的比值。即粘性流體的恒定總流的伯努利方程。

三、總流伯努利方程的應(yīng)用條件

恒定流、只有重力、不可壓縮、漸變流斷面、無(wú)分叉、無(wú)外加能量等。四、總流伯努利方程的意義能量均指斷面上的單位重量流體所具有的平均能量。

是過(guò)流斷面上單位重量流體的平均勢(shì)能，又稱測(cè)壓管水頭，對(duì)于漸變流斷面則等于常數(shù)，可取斷面上任一點(diǎn)為代表。過(guò)流斷面上單位重量流體的平均機(jī)械能，又稱總水頭。五、實(shí)際流體恒定總流能量方程的圖示

實(shí)際流體恒定總流能量方程中共包含了四個(gè)物理量。位置水頭Z，平均壓強(qiáng)水頭，流速水頭，水頭損失。稱為測(cè)壓管水頭。流體力學(xué)中，習(xí)慣把單位重量流體所具有總機(jī)械能稱為總水頭用表示。實(shí)際流體恒定總流各項(xiàng)水頭沿程變化可用幾何曲線表示（稱為相應(yīng)的各種水頭線）。

實(shí)際流體總流的總水頭線和測(cè)壓管水頭線實(shí)際流體總流的總水頭線必定是一條逐漸下降的線：而測(cè)壓管水頭線則可能下降，也可能上升，甚至可能是一條水平線。

總水頭線坡度：總水頭線沿流程的降低值與流程長(zhǎng)度之比。也稱水力坡度，常用i來(lái)表示。注意：1.理想流動(dòng)流體的總水頭線為水平線；2.實(shí)際流動(dòng)流體的總水頭線恒為下降曲線；3.測(cè)壓管水頭線可升、可降、可水平。4.若是均勻流，則總水頭線平行于測(cè)壓管水頭線。5.總水頭線和測(cè)壓管水頭線之間的距離為相應(yīng)段的流速水頭。能量方程的解題步驟（三選一列）

1.選擇基準(zhǔn)面：基準(zhǔn)面可任意選定，但應(yīng)以簡(jiǎn)化計(jì)算為原則。例如選自由液面(p=0)，常常以兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)中較低的一點(diǎn)作為基準(zhǔn)面。

2.選擇計(jì)算斷面：計(jì)算斷面應(yīng)選擇均勻流斷面或漸變流斷面，并且應(yīng)選取已知量盡量多的斷面。

3.選擇計(jì)算點(diǎn)：管流通常選在管軸上。同一方程必須采用相同的壓強(qiáng)。

4.列能量方程解題

注意與連續(xù)性方程的聯(lián)合使用。能量方程的應(yīng)用[例]：如圖，以d=100mm的水管從水庫(kù)引水，已知H=4m（恒定），水頭損失為hw=3mH2O。求qV。解：以過(guò)管出口中心的水平面為基準(zhǔn)面，列1-1與2-2的能量方程：

V200V1=01122Hv22/2ghw

v1=0,v2待求取，將各項(xiàng)代入伯努利方程得：一救火水龍帶，噴嘴和泵的相對(duì)位置如圖。泵出口壓力（A點(diǎn)壓力）為1.96×105Pa（表壓），泵排出管斷面直徑為50mm;噴嘴出口C的直徑為20mm；水龍帶的水頭損失設(shè)為0.5m;噴嘴水頭損失為0.1m。試求噴嘴出口流速、泵的排量及B點(diǎn)壓力。課堂練習(xí)題解：已知條件：pA=1.96×105Pa,,

g=9.8m/s2,Pc=0(在大氣中)，hA-C=0.5+0.1=0.6mdC=20mm,dA=50mm取通過(guò)A點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)面。則，zA=0,zC=3.2m;（1）求噴嘴的出口流速取A、C兩個(gè)斷面列方程（1）式將已知條件代入（1）式得（2）式連續(xù)性方程（3）式聯(lián)立（2）式和（3）式，求出vC（2）求泵的排量（3）求B點(diǎn)的壓力取B、C兩個(gè)斷面列能量方程，由已知可得，hB-C=0.1m,vB=vA=0.16vC=0.16×18.06=2.89m/s解得pB=161700(Pa)課堂作業(yè)如圖水泵進(jìn)水系統(tǒng)，h=3m，管徑d=0.25m，1﹑2斷面間的總水頭損失，斷面2處的真空度為，求流量。第五節(jié)有能量輸入（出）的伯努利方程

水泵揚(yáng)程：水泵對(duì)單位重量流體所做的功，即單位重量流體經(jīng)過(guò)水泵后所增加的能量。以H表示。對(duì)水池?cái)嗝?-1與水箱斷面2-2列能量方程為（5-3）

水泵提供的能量用來(lái)增加水能和克服阻力做功Hhw1hw2h112---2z1z2Hm=Z2-Z1+hw第六章層流、紊流及其水頭損失第一節(jié)粘性流體運(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)——層流與紊流一、雷諾實(shí)驗(yàn)：

Q由小→大，出現(xiàn)（A）→（B）→（C）；

Q由大→小，出現(xiàn)（C）→（B）→（A）QVk(C)紊流(B)臨(A)層hfL→實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)存在著層流和紊流，處于兩種流態(tài)之間的水流狀態(tài)，稱為臨界流二、流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)－－臨界雷諾數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)表明：

對(duì)應(yīng)的臨界雷諾數(shù)，用Recr表示。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于任何管徑和任何牛頓流體，臨界雷諾數(shù)是相同的，其值約為2320。即（6-1）（6-2）

Re=2320~4000是層流到紊流的過(guò)渡區(qū)工程上用Recr作為判別層流與紊流的界限，即層流：<2320紊流：>2320需注意的是，是針對(duì)圓管有壓流的，對(duì)于諸如平板繞流和廠房?jī)?nèi)氣流等邊壁形狀不同的流動(dòng)，具有不同的臨界雷諾數(shù)值。（6-3）（6-4）例

某戶內(nèi)煤氣管道，用前支管管徑d=15mm，煤氣流量為Q=2m3/h，煤氣的試判別該煤氣支管內(nèi)的流態(tài)。解：管內(nèi)煤氣流速<2320所以，流態(tài)是層流。三、流態(tài)分析層流與紊流的根本區(qū)別：層流互不摻混，只存在各流層間的滑動(dòng)摩擦阻力；紊流則有大小不等的渦體動(dòng)蕩于各流層間。除了粘性阻力外，還存在質(zhì)點(diǎn)互相碰撞所造成的慣性阻力。

因此，紊流阻力要比層流阻力大得多。

第二節(jié)圓管中的層流

一、流動(dòng)阻力和能量損失的分類在邊壁沿程不變的管段上,流動(dòng)阻力沿程不變，稱這類阻力為沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量損失稱為沿程損失.由于沿程損失沿管段均勻分布，即與管段長(zhǎng)度成正比，所以也稱為長(zhǎng)度損失。阻力主要集中在該區(qū)域內(nèi)及其附近，這種集中分布的阻力稱為局部阻力。克服局部阻力的能量損失稱為局部損失。例如圖中的管道進(jìn)口、閥門等處，都會(huì)產(chǎn)生局部阻力，引起局部阻力的原因是旋渦區(qū)的產(chǎn)生和速度方向和大小的變化。管路的能量損失等于各管段的沿程損失和局部損失的總和。即j二、能量損失的計(jì)算公式能量損失計(jì)算公式用水頭損失表達(dá)時(shí)，為：

沿程水頭損失：局部水頭損失：（6-5）（6-6）hjumur流體沿等徑圓管作恒定層流運(yùn)動(dòng)時(shí)速度公式最大流速在管軸線上平均流速是最大流速的一半

上式表明圓管層流的沿程阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，且成反比，而與管壁粗糙度無(wú)關(guān)。

（6-16）圓管層流沿程阻力損失計(jì)算公式：達(dá)西公式[例6-3]：設(shè)圓管的直徑d=2cm，流速V=12cm/s，水溫t=100c。試求在管長(zhǎng)L=20m上的沿程水頭損失。解：10℃水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)沿程水頭損失：

為層流2320第四節(jié)紊流的沿程水頭損失紊流分為：光滑區(qū)、過(guò)渡區(qū)、阻力平方區(qū)（1）紊流光滑區(qū)2320<Re<常用的計(jì)算公式有：當(dāng)Re<105,當(dāng)Re>105,當(dāng)105<Re<3×106,(2)紊流過(guò)渡區(qū)

<Re<(3)紊流阻力平方區(qū)Re>第五節(jié)局部水頭損失

當(dāng)流體通過(guò)形狀、大小急劇變化的邊界時(shí)，流速大小和方向發(fā)生急劇變化，在慣性作用下，主流脫離邊界（邊界分離），產(chǎn)生旋渦，加劇了液體質(zhì)點(diǎn)之間的碰撞、摩擦，消耗了水流能量，形成了局部水頭損失。幾種典型的局部阻礙(a)突擴(kuò)管(b)漸擴(kuò)管(c)折彎管(d)銳角分流三通hj[例6-6]：一水箱下接長(zhǎng)L=100m，管徑d=0.5m，入口為直角ξ1=0.5，90°急彎一只，ξ２=1.0，出口處有平板閘門，ξ3=5.52，λ=0.02，水流為恒定流，忽略水箱中的流速水頭，求Q=0.2m3/s時(shí)，水頭H應(yīng)為多少？解：以2-2為基準(zhǔn)面，列1-1，2-2的能量方程：HdA2211測(cè)試題一、選擇題1.恒定流是：（a）流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化；（b）流場(chǎng)中任意空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化；（c）各過(guò)流斷面的速度分布相同。2.變直徑管，直徑d1=320mm，d2=160mm，流速v1為1.5m/s，v2為：（a）3m/s；（b）4m/s；（c）6m/s；（d）9m/s。d1d23.伯努利方程中表示:（a）單位重量流體具有的機(jī)械能；（b）單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；（c）單位體積流體具有的機(jī)械能；（d）通過(guò)過(guò)流斷面流體的總機(jī)械能。4.粘性流體測(cè)壓管水頭線的沿程變化是：（a）沿程下降；（b）沿程上升；（c）保持水平；（d）前三種情況都有可能。5、某變徑管的雷諾數(shù)之比Re1：Re2=1：4，則其管徑之比d1：d2為()(a)1：4(b)1：2(c)2：1(d)4：16、連續(xù)介質(zhì)模型意味著()(a)流體分子之間沒(méi)有間隙

(b)流體的物理參數(shù)是連續(xù)函數(shù)

(c)流體分子之間有間隙(d)流體不可壓縮。6.

在圓管流中，層流的斷面流速分布符合：A.均勻規(guī)律；

B.直線變化規(guī)律；

D.對(duì)數(shù)曲線規(guī)律。C.拋物線規(guī)律；7.

圓管層流，實(shí)測(cè)管軸線上流速為4m／s，則斷面平均流速為：A.4m／s；

B.3.2m／s；

D.1m／s。C.2m／s；8.在應(yīng)用恒定總流的能量方程時(shí)，可選用圖中的（）斷面作為計(jì)算斷面。(a)1，2，3，4，5(b)1，3，5(c)2，4(d)2，3，4二.判斷：增加管嘴的作用水頭，能提高真空度，所以對(duì)于管嘴的出流能力，作用水頭越大越好。第八章孔口、管嘴出流和有壓管流

根據(jù)水流特點(diǎn)工程中的水流現(xiàn)象可分為孔口、管嘴出流；有壓管流；氣體射流；繞流等。本章介紹孔口、管嘴出流和有壓管流。管嘴管流繞流射流第一節(jié)孔口出流一、薄壁小孔口恒定出流薄壁孔口：在厚度不大的容器壁上開(kāi)一孔口，孔壁與水流僅在周線上接觸，稱薄壁孔口。若d≤H/10稱小孔口若d＞H/10稱為大孔口當(dāng)孔口出流時(shí)，水箱中的水量如能得到補(bǔ)充，并維持孔口水頭不變，則稱為孔口恒定出流。1、薄壁小孔口的自由出流

箱中水流在孔口斷面上各流線互不平行，使水流在出口后繼續(xù)收縮，至距孔口約d/2處收縮完畢，這一斷面稱收縮斷面。ZCAACCV0VCHH000ZAd/2

稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。它包括孔口上游對(duì)孔口斷面的位差、壓差及速度水頭。在孔口自由出流時(shí)：H0中的位差，對(duì)于小孔口（d<0.1H）,認(rèn)為孔口上各受同一H作用，其流速相同。