流体静力学PPT课件.ppt

第二节流体动力学,主要内容:流体流动的基本概念连续性方程柏努利方程柏努利方程的应用,注意:本章的核心!,流量与流速,1、流量：1)体积流量：2)质量流量：3)体积流量与质量流量的关系：ws=Vs,单位时间内流过管道任一截面的流体量。,单位时间内流经管道任意截面的流体体积，称为体积流量，以Vs表示，单位为m3/s或m3/h。,单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质量流量，以ws表示，单位为kg/s或kg/h。,流量与流速,2、流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。点速度：流体流过截面某一点的速度。以ur表示。平均流速：流体在截面各点速度的平均值。单位为m/s。习惯上，平均流速简称为流速。3、流量与流速的关系为：,流量与流速,4、管径的初选：目的：流速大，管径小，阻力增加，动力消耗大，操作费用高；流速小，管径大，操作费用减少，基建费用上升。,流体的流速根据经验选取，见29页表2-2（流速与流体性质、操作条件有关）。,圆整：根据计算的管径选取与其相近的标准管。,流量与流速,例2-4：20的水经管道输送，每小时输送72吨，试对输水管管径进行初选。解：20水密度=998.2/m31000/m3取u=1.5,则取D125普通管。,定态流动与非定态流动,流动系统中，若任一截面上流体的性质（密度、粘度等）和流动参数（流速、压力等）不随时间改变，则此种流动称定态流动，否则称非定态流动。,物料衡算连续性方程,连续性方程即流体做定态流动时的物料衡算式。,如图所示的定态流动系统，流体连续地从1-1截面进入，2-2截面流出，且充满全部管道。以1-1、2-2截面以及管内壁为衡算范围，在管路中流体没有增加和漏失的情况下，进行物料衡算。,连续性方程,衡算范围：截面1-1至2-2截面衡算基准：单位时间列式：推广至任意截面,圆形管道,不可压缩流体,连续性方程,例：水泵汲入管为Dg80的水管，出水管为Dg70的水管。吸入管中水的流速为1.2m/s。试求压出管中水的流速。解：Dg80:88.54mmDg70:75.53.75mm,能量衡算柏努利方程,柏努利方程是流体定态流动时的机械能衡算式，它反映了流体在流动过程中，各种形式机械能的相互转换关系。,注意：柏努利方程为本章的核心！,柏努利方程的推导,1、流体流动时的能量形式1）内能：贮存于物质内部的能量。设1kg流体具有的内能为U，其单位为J/kg。2）位能：流体受重力作用在不同高度所具有的能量称为位能。将质量为mkg的流体自基准水平面0-0升举到Z处所做的功，即为位能。位能=mgZ1kg的流体所具有的位能为gZ，其单位为J/kg。3）动能：流体以一定速度流动，便具有动能。1kg的流体所具有的动能为，其单位为J/kg。,柏努利方程的推导,4）静压能：流体在压强p下所具有的能量。即指流体因被压缩而能向外膨胀而作功的能力。,如图所示流动系统，由于在1-1截面处流体具有一定的静压力，流体要通过该截面进入系统，就需要对流体做一定的功，以克服这个静压力。换句话说，进入截面后的流体，也就具有与此功相当的能量，这种能量称为静压能。其大小为。单位质量流体所具有的静压能为，单位为J/kg。,柏努利方程的推导,5）热若管路中有加热器、冷却器等，流体通过时必与之换热。设换热器向1kg流体提供的热量为Qe，其单位为J/kg。6）外功在流动系统中，如果还有流体输送机械（泵或风机），则会向流体作功，1kg流体从流体输送机械所获得的能量称为外功或有效功，用We表示，其单位为J/kg。,柏努利方程的推导,2、实际流体的机械能衡算衡算范围：1-1至2-2截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：1kg流体基准水平面：0-0水平面1kg流体损失的机械能为hf离心泵为1kg流体提供的能量为We,由能量守衡定律，列式得,说明与讨论,1、流体流动时没有泵及能量损失，即，则,该式说明：理想流体流动时，动能、位能、静压能相互转化并守衡。,2、u1=u2=0时，或,该式说明：流体静止时，位能与静压能可相互转化。,说明与讨论,3、各项的单位：J/kg4、截面的选取：与流体流动方向垂直；按流动方向选取上、下游截面；已知参数充分，未知参数可通过其它关系求出。5、水平基准：与水平面平行。6、可压缩流体：时，可按柏努利方程计算，密度取平均密度。,说明与讨论,7、流体输送设备：轴功率N：电机传给泵轴的功率。有效功率Ne：从电机提供的功中流体获得的有效能量。效率：,说明与讨论,8、三种形式的柏努利方程：1）1kg流体为基准：（J/kg）2）1N流体为基准：（J/N）3）1m3流体为基准：（J/m3）,小结,1、体积流量与质量流量、流量与流速的关系。2、连续性方程；当管路中管径发生变化时，要用到连续性方程。3、三种形式的柏努利方程。,习题,水平导管均匀地从300mm缩小到200mm(均为内径).在管中流过20常压的甲烷(过程中甲烷的密度变化