第二章流體的動力過程當前第1頁\共有95頁\編于星期三\0點2.1基本概念1、理想流體和實際流體理想流體：不具有粘性，因而在流動時不產生摩擦阻力的流體。實際流體：具有粘性，因而在流動時產生摩擦阻力的流體。當前第2頁\共有95頁\編于星期三\0點2、流體的密度定義：單位體積的流體所具有的質量。符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)當前第3頁\共有95頁\編于星期三\0點液體的密度:用比重計法測定.工程上液體的比重用[S]T277

表示,是無因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液體混合物的密度當前第4頁\共有95頁\編于星期三\0點氣體的密度混合氣體的密度：方法1方法2當前第5頁\共有95頁\編于星期三\0點3、流體的連續性把流體看作是由無數微團（質點）所組成的連續介質，流體所占的空間全部為這種連續介質所充滿。強調：1）在宏觀上，流體質點是連續的；2）流體質點的運動也是連續的。當前第6頁\共有95頁\編于星期三\0點4、壓強1）定義：垂直作用于單位面積上的力。P=F/A；單位：Pa(N/m2)在流體力學中，常用液柱高度表示壓強P=液體的重量/液體的底面積

當前第7頁\共有95頁\編于星期三\0點2)單位1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程上1kgf·cm-2

定為1at

當前第8頁\共有95頁\編于星期三\0點3)壓強的表示方法絕對壓強:用絕對零點為起點計算的壓強表壓:用當時當地的大氣壓為起點的壓強真空度:低于當時當地的大氣壓絕對壓強=表壓+大氣壓真空度=大氣壓–絕對壓強當前第9頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第10頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第11頁\共有95頁\編于星期三\0點請判斷下列壓強值的大小.(1)500000Pa（絕對壓強）;(2)40000kgf/m2（絕對壓強）;(3)1.5kgf/cm2（表壓）;(4)450mmHg（真空度）;(5)1.6mH2O（絕對壓強）答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa

(1)>(2)>(3)>(4)>(5)當前第12頁\共有95頁\編于星期三\0點2.2流體靜力學方程液體本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力為:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A當前第13頁\共有95頁\編于星期三\0點整理得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:稱為流體靜力學方程當前第14頁\共有95頁\編于星期三\0點工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,單位為:m液柱。流體靜力學的意義：

在靜止的流體內部，位壓頭和靜壓頭之和為常數當前第15頁\共有95頁\編于星期三\0點結論：1）靜止流體內部任一點的壓強是液面深度的函數；2）同一靜止流體，同一水平面上，各點壓強相等；3）當液面上方的壓強變化時，液面內部各點的壓強都要變化。當前第16頁\共有95頁\編于星期三\0點例1：如圖問1）1、2、3點的壓強相等嗎？2）4、5、6點的壓強相等嗎？3）當P0=760，計算B、C上方的壓強。當前第17頁\共有95頁\編于星期三\0點2.3流體靜力學應用1、U型管壓差計當前第18頁\共有95頁\編于星期三\0點指示液的要求：1）不與被測流體相容，且不起化學反應；2）指示液的密度>被測液的密度3)毒性小，揮發性小。當前第19頁\共有95頁\編于星期三\0點測壓原理:當前第20頁\共有95頁\編于星期三\0點2)液封作用:1)防止氣體的泄漏起封閉作用;2)防止氣體倒流起止逆作用;3)有時可防止設備超壓起泄壓作用.當前第21頁\共有95頁\編于星期三\0點2.4流體流動過程中的物料衡算1、流量和流速流量:單位時間通過導管任一截面的流體量。體積流量(V)，單位：m3/s或m3/h質量流量(m)，單位：kg/s或kg/h兩者的關系：當前第22頁\共有95頁\編于星期三\0點流速：單位時間內流體在導管內所經過的距離，單位：m/s,用表示．當前第23頁\共有95頁\編于星期三\0點２、粘度流體流動時產生內摩擦力的性質稱為粘性，衡量粘性大小的物理量稱為粘度。或當前第24頁\共有95頁\編于星期三\0點牛頓粘性定律單位面積上的內摩擦力（也稱剪切力）垂直于流體運動方向的速度變化率當前第25頁\共有95頁\編于星期三\0點粘度系數，簡稱粘度單位(SI)：CGS制:P(泊)對氣體：溫度、壓力、密度增加，粘度增加;對液體：溫度增加，粘度減小；壓力增加，粘度變化不大當前第26頁\共有95頁\編于星期三\0點3、穩定流動和不穩定流動溢流當前第27頁\共有95頁\編于星期三\0點流體在管道或設備流量、流速和壓力等有關物理參數都不隨時間變化而變化，只隨空間位置的改變而變化，這種流動稱為穩定流動。只要有一項是隨時間變化的，則稱為不穩定流動。當前第28頁\共有95頁\編于星期三\0點4、流體流動的類型層流的特點：1）流體質點作一層滑過一層的位移；2）流體的流速沿斷面按拋物線

分布；3）管中的平均流速為最大流速的1/2。當前第29頁\共有95頁\編于星期三\0點湍流的特點：1）流體質點有劇烈的湍動；2）流體的流速沿斷面按塞形

分布；3）管中的平均流速為最大流速的0.8.當前第30頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第31頁\共有95頁\編于星期三\0點5、雷諾數當前第32頁\共有95頁\編于星期三\0點圓直管中，層流湍流當前第33頁\共有95頁\編于星期三\0點管徑的計算1）長方形管：2）對圓環形管：3）對于圓形管：當前第34頁\共有95頁\編于星期三\0點6、流體穩定流動時的連續性方程（物料衡算）液體：則當前第35頁\共有95頁\編于星期三\0點2.5流體流動過程中的能量衡算1、流體流動時的能量形式位能：流體因距所選的基準面有一定距離，由于重力的作用而具有的能量．mgZ動能：流體因流動而具有的能量．

當前第36頁\共有95頁\編于星期三\0點靜壓能：克服靜壓能所做的功＝當前第37頁\共有95頁\編于星期三\0點２、理想流體流動過程中的能量衡算對1-1截面對2-2截面當前第38頁\共有95頁\編于星期三\0點兩邊同除mg得：理想流體的伯努力方程當前第39頁\共有95頁\編于星期三\0點３、伯努力方程的意義和適用范圍意義：1）理想流體在導管中作穩定流動時，導管任一截面的總能量或總壓頭為一常數；2）機械能中各項可相互轉化。當前第40頁\共有95頁\編于星期三\0點對實際流體，適用于液體、壓力變化比較小的氣體當前第41頁\共有95頁\編于星期三\0點4、伯努力方程應用舉例例2高位水槽水面距出水管凈垂直距離為6.0m,出水管為,管道較長,流動過程中的壓頭損失為5.7mH2O,試求每小時可輸送的水量(m3).當前第42頁\共有95頁\編于星期三\0點例3已知R=40mmH2O,如圖求空氣的流量.當前第43頁\共有95頁\編于星期三\0點例4某化工廠用泵將堿液池的液堿輸送到至吸收塔頂,經噴嘴噴出,如圖.泵的進口管為

mm的鋼管.堿在進口管中的流速為1.5m/s,進口管為的鋼管.儲液池中堿液深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴上方入口處的垂直距離為20m,堿液經管系的摩擦阻力損失為30J/kg,堿液經噴嘴的壓力為0.3at(表壓）,而堿液的密度為1100kg/m3,設泵的效率為65%,試求泵所需的功率.當前第44頁\共有95頁\編于星期三\0點圖4圖5當前第45頁\共有95頁\編于星期三\0點例5某車間用壓縮空氣輸送98%的濃硫酸.每批壓送量為0.5m3.要求15min內押送完畢.押送用鋼管為,管子出口離酸槽液面上的垂直距離為16m,輸送過程硫酸的溫度為293K,損失能量為10J/kg.試求開始押送時壓縮空氣的表壓(管路中沒有外加功).當前第46頁\共有95頁\編于星期三\0點例6、已知循環量為36m3/h，B→A之間的阻力為∑hf49J/kg，A→B之間的阻力為∑hf98.1J/kg,管徑相同求(1)若A處的壓強為0.25MPa時，B處的壓強為多少？（2）泵對流體所提供的能量。當前第47頁\共有95頁\編于星期三\0點例7、如圖所示,20℃的水在內徑為100mm的垂直光滑管中流動，當閘閥K關閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.05kg/cm2,求(1)判斷水在管中的流動方向。(2)計算A、截面之間的摩擦阻力損失。（3）估算管內水的體積流量。當前第48頁\共有95頁\編于星期三\0點注意:1）水平基準面的選擇；2）截面的選擇；3）壓強的單位兩邊要統一。當前第49頁\共有95頁\編于星期三\0點2.6流體流量的測定1、孔板流量計當前第50頁\共有95頁\編于星期三\0點根據連續性方程（1）（2）當前第51頁\共有95頁\編于星期三\0點（2）代入（1）且則令C0孔流系數，A0開孔的面積當前第52頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第53頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第54頁\共有95頁\編于星期三\0點2、轉子流量計轉子的凈重力流體的上推力平衡時當前第55頁\共有95頁\編于星期三\0點2.7實際流體流動時的阻力1、流體阻力的表現當前第56頁\共有95頁\編于星期三\0點2、阻力計算的通式連續穩流時若令則當前第57頁\共有95頁\編于星期三\0點該式為阻力通式，也稱Finning公式3、沿程阻力計算f稱為沿程阻力系數，8f稱為摩擦系數當前第58頁\共有95頁\編于星期三\0點1）直管阻力計算穩定流動時當前第59頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第60頁\共有95頁\編于星期三\0點與通式比較可知層流時當前第61頁\共有95頁\編于星期三\0點2）湍流時阻力系數的計算方法用基本單位表示的物理量稱為基本物理量，它的表達式稱為因次式，物理量中的各個指數稱為因子。壓強的因次式：（A）當前第62頁\共有95頁\編于星期三\0點（1）（2）（3）從（1）、（2）、（3）得當前第63頁\共有95頁\編于星期三\0點代入（A）式（B）（C）B與C比較得當前第64頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第65頁\共有95頁\編于星期三\0點光滑管：1）層流：2）過渡流：3）湍流區：4）阻力平方區：f與雷諾數無關當前第66頁\共有95頁\編于星期三\0點3）局部阻力計算（1）阻力系數法（2）當量長度法當前第67頁\共有95頁\編于星期三\0點例7如圖從水箱接出一管路。若已知d1=150mm,l1=25m,8f1=0.037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.039,閘閥的開度為1/2，水箱內的水面維持不變，需要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,(2)局部阻力損失,(3)總的壓頭損失.當前第68頁\共有95頁\編于星期三\0點2.8阻力計算的應用1、烏氏粘度計的原理設a-b間的體積為V，毛細管管徑為d，流體完全流過毛細管的時間為t，則流速為(1)(2)當前第69頁\共有95頁\編于星期三\0點(3)當前第70頁\共有95頁\編于星期三\0點(4)(4)代入（3）得該式為烏氏粘度計的計算公式。當前第71頁\共有95頁\編于星期三\0點或當前第72頁\共有95頁\編于星期三\0點2、球形顆粒在流體中運動時的阻力在流體繞過顆粒前后的能量守恒定律為：當前第73頁\共有95頁\編于星期三\0點形狀阻力系數為當前第74頁\共有95頁\編于星期三\0點因此液體繞過顆粒前后產生的壓差為：當前第75頁\共有95頁\編于星期三\0點3、形狀阻力系數與雷諾數的關系流體繞過顆粒時：當前第76頁\共有95頁\編于星期三\0點當前第77頁\共有95頁\編于星期三\0點4、顆粒重力沉降時的受力分析當前第78頁\共有95頁\編于星期三\0點(1)顆粒自由沉降時：F1=F2+F3當前第79頁\共有95頁\編于星期三\0點(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式當前第80頁\共有95頁\編于星期三\0點2.9流體的輸送機械輸送液體的機械稱為泵,輸送氣體的機械稱為鼓風機或壓縮機.按工作原理分類:(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復泵、往復壓縮機、齒輪泵等。(2)利用高速轉動的葉輪給流體動能,如離心泵、離心壓縮機等。(3)其它類型的泵，如噴射泵。當前第81頁\共有95頁\編于星期三\0點1、離心泵的構造當前第82頁\共有95頁\編于星期三\0點葉輪、蝸狀殼體工作葉輪、泵軸、排出口、吸入口當前第83頁\共有95頁\編于星期三\0點2、工作原理啟動前，泵殼先充滿液體。液體由于葉輪的旋轉獲得靜壓能和動能。當泵中心的液體進入泵殼內時，由于流道變寬，液體的流速下降而使部分動能轉化為靜壓能。于是具有較高靜壓能的液體到達出口并排出。泵中心由于液體被拋出形成一定的真空度，而泵吸入管外儲槽液面的壓強比中心大，在這種壓強差的推動下，儲槽內的液體源源不斷地被吸入泵內。補充被排出的液體。當前第84頁\共有95頁\編于星期三\0點氣縛現象3、離心泵的主要性能參數1）揚程：由泵的結構、轉速、流量決定。2）流量：單位時間內泵所輸送的流體的體積量。3）功率：單位：kw4）效率：當前第85頁\共有95頁\編于星期三\0點泵的能量損