1章 流体力学基本知识.ppt

第一章流体力学基本知识物质的三种形态：固体、液体和气体流体力学-研究流体平衡和运动的力学规律及其应用的科学。,第一节流体的主要物理性质,一.流体的密度和容重1.密度：对于均质流体，单位体积的质量。kg/m32.容重：对于均质流体，单位体积的重量。N/m3,3.密度与容重的关系4.密度和容重与压力、温度的关系压力升高流体的密度和容重增加；温度升高流体的密度和容重减小。,二.流体的粘滞性,1.流体粘滞性的概念,流体在粘滞力的作用下，具有的抵抗流体相对运动的能力。2.粘滞性的表示形式动力粘滞系数kg/ms运动粘滞系数m2/s,3.粘滞性与温度、压力的关系粘滞性受温度影响大，受压力影响小。液体的粘滞性随温度的升高而降低。气体的粘滞性随温度的升高而增加。三.流体的压缩性和热胀性1.流体的压缩性2.流体的热胀性,3.液体的压缩性与热胀性4.气体的压缩性与热胀性理想气体状态方程：5.可压缩气体与不可压缩气体6.连续介质,第二节流体静压强及其分布规律一.流体的静压强及其特征,1.流体静压强的概念,(N/m2),p称为a点的静压强,2.静压强的单位从压强的定义出发:力/面积国际单位:N/m2(以符号Pa表示)工程单位:kgf/m2或kgf/cm2用大气压的倍数表示:国际单位:标准大气压1标准大气压=101325Pa=1.01325bar(巴)工程单位:工程大气压(at)1工程大气压(at)=1kgf/cm2,用液柱高度表示:mH2OmmH2OmmHg1标准大气压=10.33mH2O=10332.3mmH2O=760mmHg=101325Pa1工程大气压=10mH2O=10000mmH2O=735.6mmHg=98070Pa,3.流体静压强的特征(1)流体静压强p的方向必定沿着作用面的内法线方向;(2)任意点的流体静压强只有一个值，它不因作用面的方位改变而改变。,二.流体静压强的分布规律,1.静水压强基本方程式,-又称静水力学基本方程式,水池壁相对压强分布图,2.绝对压强与相对压强,p,pa,0,0,绝对压强,A,B,A点绝对压强pA,A点相对压强p,大气压强(98kN/m2),B点绝对压强pB,B点真空度pk,3.流体静压强的测量(1)液柱测压计(测压管)(2)金属压力表、真空表,第三节流体运动的基本知识一、流体运动的基本概念（一）压力流与无压流1.压力流：流体在压差作用下流动时，流体整个周围和固体壁相接触，没有自由表面，如供热管道。,供热管道,2.无压流：液体在重力作用下流动时，液体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面，如天然河流等。,天然河流,（二）恒定流与非恒定流1.恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化的流动。2.非恒定流：流体运动时，流体中任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化的流动。,注意：自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。（三）流线与迹线1.流线：同一时刻连续流体质点的流动方向线。2.迹线：同一质点在连续时间内的流动轨迹线。,（四）均匀流与非均匀流1.均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流动。2.非均匀流：流体运动时，流线不是平行直线的流动。（1）渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动。（2）急变流：流体运动中流线不能视为平行线的流动。,（五）元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速1.元流：流体运动时，在流体中取一微小面积dw，并在dw面积上各点引出流线并形成的一股流束。2.总流：流体运动时，无数总流的总和。,3.过流断面：流体运动时，与元流或总流全部流线正交的横断面。以dw或w示之，单位：m2或cm2。注意：均匀流的过流断面为平面；非均匀流的过流断面一般为曲面，其中渐变流的过流断面可视为平面。,4.流量（1）体积流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积。以Q表示，单位：m3/s，L/s。（2）重量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体流量。以Q表示，单位：N/s。（3）质量流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体质量。以Q表示，单位：kg/s。,5.断面平均流速断面上各点流速的平均值，以v表示。,u,v,二、恒定流的连续性方程式,1,1,2,2,三、恒定总流能量方程式,1,1,2,2,Z1,Z2,v1,v2,p2,hw1-2,-实际液体恒定总流能量方程式（伯努里方程式）,p1,上式中：1-1，2-2过流断面单位重量液体位能，也称位置水头1-1，2-2过流断面单位重量液体压能，也称压强水头1-1，2-2过流断面单位重量液体动能，也称速度水头单位重量液体通过流段1-2的平均能量损失，也称水头损失,对于不可压缩气体，液体能量方程式同样可以适用，并可简化为：-实际气体总流的能量方程式,第四节流动阻力和水头损失一、流动阻力和水头损失的两种形式（一）沿程流动阻力和沿程水头损失沿程阻力-流体在长管中流动，所受的摩擦阻力。沿程水头损失-为了克服沿程阻力而消耗的单位重量流体的机械能量，以hf表示。,（二）局部阻力和局部水头损失局部阻力-流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力。局部水头损失-为了克服局部阻力而消耗的单位重量流体的机械能量，以hj表示。整个管道的总水头损失为：,二、流动的两种型态-层流和紊流,1.层流：流体成层成束地流动，各流层间并无质点的掺混现象。2.紊流：流体的流速较大，质点或液团相互掺混的流体型态。3.流体流动型态的判别雷诺数-层流雷诺数-紊流注意：建筑设备工程中，绝大多数的流体运动都处于紊流型态。,三、沿程水头损失采用半经验公式：为沿程阻力系数，它是反映边界