第一章流体流动

1、1第一章第一章 流体流动流体流动流体的性质流体的性质 流体静力学流体静力学流体流体流动流动流动阻力流动阻力管路计算管路计算流量测量流量测量2学习重点学习重点 重点掌握流体流动的基本原理重点掌握流体流动的基本原理, ,特别是管内流动特别是管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流体的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流体流动过程的有关问题。流动过程的有关问题。1. 1. 流体静力学方程及其应用；流体静力学方程及其应用；2. 2. 管内流动的连续性方程、管内流动的连续性方程、伯伯努利方程及其应用努利方程及其应用。 31.11.1 流体的物理性质流体的物理性质概念概念密度密度黏度黏度特性

2、特性4流体的特征流体的特征 流动性流动性抗剪抗张的能力很小；抗剪抗张的能力很小； 无固定形状，易变形，气体能充满整个密无固定形状，易变形，气体能充满整个密闭容器空间；闭容器空间； 黏性黏性流动时产生摩擦，从而构成了流流动时产生摩擦，从而构成了流体流动内部结构的复杂性体流动内部结构的复杂性5流体的密度流体的密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以表示，单位为表示，单位为kg/m3。当当V0时，时，m/V 的极限值称为流体内部的某的极限值称为流体内部的某点密度。点密度。6 液体的密度：液体的密度： 几乎不随压强而变化，几乎不随压强而变化， 随温度略

3、有改变，随温度略有改变， 可视为不可压缩流体。可视为不可压缩流体。 7气体的密度：气体的密度： 气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。气体的密度必须标明其状态。气体的密度必须标明其状态。 当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算： RTpM8流体的黏度流体的黏度 流体的流体的黏黏性：性：流体在运动的状态下流体在运动的状态下, ,有一种抗有一种抗拒内在的向前运动的特性。拒内在的向前运动的特性。黏黏性是流动性的反面。性是流动性的反面。 黏性具体表现在：黏性具体表现在：运动着的流体内部相邻两运

4、动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力流体层间的相互作用力，即为，即为流体的内摩擦力流体的内摩擦力，又称为又称为黏黏滞力或滞力或黏黏性摩擦力。性摩擦力。 9平板间液体速度分布图平板间液体速度分布图实验证明实验证明，对于一定的液体对于一定的液体，内摩擦力内摩擦力F与两流体层的速度与两流体层的速度差差u成正比；与两层之间的成正比；与两层之间的垂直距离垂直距离y成反比成反比，与两层与两层间的接触面积间的接触面积S（F与与S平行）平行）成正比，即成正比，即:SyuF 内摩擦力大小与哪些因素有关？内摩擦力大小与哪些因素有关？SyuF 黏度黏度10 单位面积上的内摩擦力称为单位面积上的内摩擦力称为内摩擦

5、应力或剪内摩擦应力或剪应力应力，以，以表示表示: :yuF/S 当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是直线关系，而是的曲线关系。直线关系，而是的曲线关系。yudd 牛顿黏性定律牛顿黏性定律11黏度的单位：黏度的单位：？ sPamsmPadd yu 12影响黏度的因素：影响黏度的因素： 压力、温度压力、温度 液体液体： = f(t)，与压强，与压强p无关，压强变化时无关，压强变化时，液体的液体的黏黏度基度基本不变；本不变；温度温度t，。 气体气体：气体的：气体的黏黏度随压强增加而增加得很少度随压强增加而增加得很少，在一般工程在一般工程计算中可予以忽略计算

6、中可予以忽略，只有在极高或极低的压强下只有在极高或极低的压强下, 才需考虑才需考虑压强对气体压强对气体黏黏度的影响度的影响。温度温度t， 理想流体理想流体（实际不存在），（实际不存在）， = 013三种流体：三种流体：（1 1）牛顿型流体）牛顿型流体 服从牛顿服从牛顿黏黏性定律的流体称为牛顿型流体。实验表性定律的流体称为牛顿型流体。实验表明，气体及大多数低摩尔质量液体，属于牛顿型流体。明，气体及大多数低摩尔质量液体，属于牛顿型流体。（2 2）非牛顿型流体（课后自习）非牛顿型流体（课后自习） 凡不遵循牛顿凡不遵循牛顿黏黏性定律的流体，称为非牛顿型流体。性定律的流体，称为非牛顿型流体。如血液、牙膏

7、。如血液、牙膏。 (3) (3) 理想流体理想流体 黏度为零的流体为理想流体。黏度为零的流体为理想流体。 yuF/S练习练习141、流体流动时产生内摩擦力的根本原因是流体流动时产生内摩擦力的根本原因是 （ ）A. 流动速度大于零流动速度大于零 B. 管边不够光滑管边不够光滑 C. 流体具有流体具有黏黏性性2气体是（气体是（ ）的流体。）的流体。 A. 可移动可移动 B. 可压缩可压缩 C. 可流动可流动 D. 可测量可测量3、空气、空气的的黏黏度随温度的升高而度随温度的升高而_，油油的的黏黏度随温度度随温度的升高的升高_。151.2 1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 讨论流体讨

8、论流体静止时静止时在重力、压力作用下的平在重力、压力作用下的平衡规律及其应用衡规律及其应用16作用在流体上的力作用在流体上的力 体积力体积力 表面力表面力17体积力体积力又称质量力，如重力、离心力等。又称质量力，如重力、离心力等。体积力与流体的体积成正比体积力与流体的体积成正比 F = Vgg重力加速度，重力加速度，9.81 m/s2=N/kg18表面力表面力 指与被研究的流体元相邻的流体施加于该流体元指与被研究的流体元相邻的流体施加于该流体元上的力。上的力。 表面力与表面力与力所作用的面积力所作用的面积成正比。成正比。 单位面积上的表面力称为表面应力，可分解为两单位面积上的表面力称为表面应力

9、，可分解为两个：与作用面相切的称为剪切应力，与作用面垂个：与作用面相切的称为剪切应力，与作用面垂直的称为法向应力。直的称为法向应力。19压强压强 绝对压强绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实：以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实压强。压强。 表压强表压强：压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大：压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，即气压强高出的数值，即: : 表压强绝对压强大气压强表压强绝对压强大气压强 真空度真空度：真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于：真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，即大气压强的数值，即: :真空

10、度大气压强绝对压强真空度大气压强绝对压强 20大气压大气压绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力表压表压真空度真空度p1p2绝对压力、表压与真空度的关系绝对压力、表压与真空度的关系211、当地大气压为当地大气压为745 mmHg，测得一容器内的绝对压强为测得一容器内的绝对压强为350 mmHg，则真空度为，则真空度为 。测得另一容器内的表压强为。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为，则其绝对压强为 。2、表压强就是流体的真实压强。、表压强就是流体的真实压强。 （ ） 3、设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。、设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。 （ ） 练习练习22Vg= A(

11、Z1-Z2)g23因小液柱处于静止状态因小液柱处于静止状态故故 0即即A(Z -Z )g 1122()0pg ZZp2112()ppg ZZ12hZZ令 21ppgh24hp0p0ppgh25静力学基本方程的意义静力学基本方程的意义1. 液体内部的压强液体内部的压强 p 随随 p0 和和 h 的改变而改变；的改变而改变；2. 当当p0一定时，静止液体内部的压强一定时，静止液体内部的压强 p 仅与仅与 h 有关：处于同一水平面上各点的压强相等有关：处于同一水平面上各点的压强相等3. 只能用于静止的连通着的同一流体内部只能用于静止的连通着的同一流体内部26例例1-3 本例附图所示的开口容器内盛有油

12、和水。本例附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度油层高度h1 = 0.7 m、密度、密度1 = 800 kg/m3，水层，水层高度高度h2 = 0.6 m、密度、密度2 = 1000 kg/m3。(1)判断判断 pA = pA，pB = pB？(2) 计算计算h。272829四、静力学方程得应用四、静力学方程得应用1、压强与压力差的测量、压强与压力差的测量0)(1ARmgpp gRgmpp02A gRpp)(021 课堂练习课堂练习 P79 习题习题530312、液位的测定、液位的测定32333、液封高度的计算、液封高度的计算34例1-8gph 35小小 结结压强的几种表示方法压强的几种表示

13、方法流体静力学方程及其应用流体静力学方程及其应用习题习题2、5 连续性方程连续性方程 伯努利方程伯努利方程361.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程几个概念及之间的关系几个概念及之间的关系 流量流量 质量流量质量流量 体积流量体积流量 流速流速 平均流速平均流速 瞬时流速瞬时流速 稳态流动与非稳态流动稳态流动与非稳态流动 压缩性流体与非压缩性流体压缩性流体与非压缩性流体 3738流量流量：流量有两种计量方法：体积流量、质量流量：流量有两种计量方法：体积流量、质量流量 体积流量体积流量-以以Vs表示，单位为表示，单位为m3/s。 质量流量质量流量-以以ws 表示，单位为表示，单位为kg/s

14、。 体积流量与质量流量的关系为体积流量与质量流量的关系为：流量与流速流量与流速平均流速平均流速（简称流速）（简称流速）u 流体质点单位时间内在流动方向上所流过的流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距距离离，称为流速，以，称为流速，以u表示，单位为表示，单位为m/s 。 u = Vs/A式中，式中，A垂直于流动方向的管截面积，垂直于流动方向的管截面积，m2。 39非稳态流动与稳态流动非稳态流动与稳态流动 非稳态流动非稳态流动： 各截面上流体的各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）有关参数（如流速、物性、压强）随位置和时间而变化，随位置和时间而变化，T = f(x,y,z,t)。如图所示流

15、动系统。如图所示流动系统。 稳态流动稳态流动：各截面上流动参数：各截面上流动参数仅随空间位置的改变而变化，而仅随空间位置的改变而变化，而不随时间变化，不随时间变化， T = f(x,y,z) 。 本章着重讨论稳态流动问题本章着重讨论稳态流动问题。 40连续性方程连续性方程 （ Equation of continuity ）连续稳态的一维流动，没有流体的泄漏或补充连续稳态的一维流动，没有流体的泄漏或补充 输入质量流量输入质量流量 = 输出质量流量输出质量流量 41 若以若以s为基准，则物料衡算式为为基准，则物料衡算式为: ws1 = ws2 因因ws = uA，故，故: 推广到管路上任何一个截

16、面，即推广到管路上任何一个截面，即: 在稳定流动系统中，流体流经各截面的在稳定流动系统中，流体流经各截面的ws不变时，不变时，管路各截面上流速的变化规律。管路各截面上流速的变化规律。管内稳定流动的管内稳定流动的连续性方程式连续性方程式42 对于对于不可压缩不可压缩的流体即的流体即：为为常数，可得到常数，可得到 Vs = u1A1= u2A2 = uA = 常数常数 适用条件：适用条件： 流体流动的连续性方程式仅适用于稳流体流动的连续性方程式仅适用于稳定流动时的连续性流体。定流动时的连续性流体。例例1-11 1-11 在稳态流动系统中，水连续地从粗管流在稳态流动系统中，水连续地从粗管流入细管。粗

17、管内径为细管的两倍，求细管内水的流入细管。粗管内径为细管的两倍，求细管内水的流速是粗管内的多少倍？速是粗管内的多少倍？43Vs = u1A1= u2A2 = uA = 常数常数u粗粗A粗粗= u细细A细细2244细细细细粗粗粗粗dudu2细细粗粗粗粗细细dduu21242du1即：即：44d、Vs、u之间的关系之间的关系 对于圆形管道：对于圆形管道： 24dA AVsu 代入代入24dVsu 得得45伯伯努利方程式努利方程式 能量衡算方程能量衡算方程 在图所示的系统中，流体从截面在图所示的系统中，流体从截面1-1流入，从截面流入，从截面2-2流流出。管路上装有对流体作功的泵及向流体输入或从流体

18、取出。管路上装有对流体作功的泵及向流体输入或从流体取出热量的换热器。出热量的换热器。 并假设：并假设： （a）连续稳定流体；）连续稳定流体； （b）两截面间无旁路）两截面间无旁路 流体输入、输出；流体输入、输出； （c）系统热损失）系统热损失QL=0。46221211221122efppz guWz guh以单位质量流体为基准以单位质量流体为基准 47 衡算范围：内壁面衡算范围：内壁面、1-1与与2-2截面间。截面间。 衡算基准：衡算基准：1 kg流体。流体。 基准水平面：基准水平面：0-0平面。平面。 u1、u2 流体分别在截面流体分别在截面1-1与与2-2处的流速，处的流速，m/s； p1

19、、p2 流体分别在截面流体分别在截面1-1与与2-2处的压强，处的压强，N/m2； z1、z2截面截面1-1与与2-2的中心至的中心至0-0的垂直距离，的垂直距离，m； A1、A2 截面截面1-1与与2-2的面积，的面积，m2； v1、v2 流体分别在截面流体分别在截面1-1与与2-2处的比容，处的比容，m3/kg； 1 、2 流体分别在截面流体分别在截面1-1与与2-2处的密度，处的密度，kg/ m3。48流动流体所具有的能量流动流体所具有的能量能能 量量形形 式式 意意 义义 kg流体的能量流体的能量J/kg 输输 入入 输输 出出 内能内能 物质内部能量的总和物质内部能量的总和 U1 U

20、2 位能位能 将将1kg的流体自基准水平面升举到某的流体自基准水平面升举到某高度高度Z所作的功所作的功 gz1 gz2 动能动能 将将1kg的流体从静止加速到速度的流体从静止加速到速度u所作所作的功的功 u12/2u22/2静压能静压能1kg流体克服截面压力流体克服截面压力p所作的功（注所作的功（注意理解静压能的概念）意理解静压能的概念）p1v1 p2v2 热热 换热器向换热器向1 kg流体供应的或从流体供应的或从1kg流体流体取出的热量取出的热量 Qe（ 外界向系外界向系统为正）统为正） 外功外功 1kg流体通过泵流体通过泵(或其他输送设备或其他输送设备)所获所获得的有效能量）得的有效能量）

21、 We 49 静压能：静压能：在静止流体内部，任一处都有静压力在静止流体内部，任一处都有静压力。同样，在同样，在流动着的流体内部，任一处也有静压力。如果在一内部流动着的流体内部，任一处也有静压力。如果在一内部有液体流动的管壁面上开一小孔，并在小孔处装一根垂有液体流动的管壁面上开一小孔，并在小孔处装一根垂直的细玻璃管，液体便会在玻璃管内上升，上升的液柱直的细玻璃管，液体便会在玻璃管内上升，上升的液柱高度即是管内该截面处液体静压力的表现。对于一定的高度即是管内该截面处液体静压力的表现。对于一定的流动系统，由于流体具有一定的静压力，流体要通过该流动系统，由于流体具有一定的静压力，流体要通过该截面进入

22、系统，就需要对流体做一定的功，以克服这个截面进入系统，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或流动功。功相当的能量，这种能量称为静压能或流动功。50221211221122efppz guWz guh以单位质量流体为基准以单位质量流体为基准 51 理想流体的机械能衡算理想流体的机械能衡算：理想流体（不具有：理想流体（不具有黏黏性，性，假想流体）那么假想流体）那么hf = 0。 若又没有外功加入若又没有外功加入We = 0时，时，222212112121pugzpugz52

23、伯伯努利方程的讨论努利方程的讨论1. 理想流体柏努利方程的意义理想流体柏努利方程的意义 1 kg理想流体在管道内作定态流动而又没有外理想流体在管道内作定态流动而又没有外功加入时，其总机械能是守恒的，但不同形式功加入时，其总机械能是守恒的，但不同形式的机械能可以相互转换。的机械能可以相互转换。532. 如果系统中的流体处于静止状态，则如果系统中的流体处于静止状态，则u = 0，没有，没有流动，自然没有能量损失，流动，自然没有能量损失，hf = 0，当然也不，当然也不需要外加功，需要外加功，We = 0，则，则伯伯努利方程变为努利方程变为流体的静止状态是流体运动状态的一种特殊形式。流体的静止状态是

24、流体运动状态的一种特殊形式。 222212112121pugzpugz543. 理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，即压头为常数，即4. We是输送设备对是输送设备对1 kg流体所做的功，单位时间输流体所做的功，单位时间输送设备所作的有效功，称为送设备所作的有效功，称为有效功率有效功率221211221122ppz guz gu常数puzg221eseNwW55伯伯努利方程的应用努利方程的应用 一般应先根据题意画出流动系统的一般应先根据题意画出流动系统的示意图示意图，标明流体的标明流体的流动方向流动方向，定出，定出上、下游截面上、下游

25、截面，明确流动系统的衡算范围。明确流动系统的衡算范围。56 截面的选取截面的选取 与流体的流动方向相垂直；与流体的流动方向相垂直； 两截面间流体应是定态连续流动；两截面间流体应是定态连续流动； 截面宜选在已知量多、计算方便处。截面宜选在已知量多、计算方便处。 基准水平面的选取基准水平面的选取 位能基准面必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两位能基准面必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，截面中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面。而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面。 计算中要注意

26、各物理量的单位保持一致，尤其在计算截面计算中要注意各物理量的单位保持一致，尤其在计算截面上的静压能时，上的静压能时，p1、p2不仅单位要一致，同时表示方法也不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。应一致，即同为绝压或同为表压。 注意注意57伯伯努利方程的应用范围努利方程的应用范围 确定管道中流体的流量确定管道中流体的流量 确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置 确定输送设备的有效功率确定输送设备的有效功率 确定管路中流体的压强确定管路中流体的压强58例题：高位槽内的水面高于地面例题：高位槽内的水面高于地面8 m，水从，水从1084 mm的管路中流出，管路出口高于地面的管路

27、中流出，管路出口高于地面2 m。水流。水流经系统的能量损失可按经系统的能量损失可按hi= 6.5 u2计算（不包括出计算（不包括出口能量损失），其中口能量损失），其中u为水在管内的流速，试计为水在管内的流速，试计算：算：AA截面处水的流速；截面处水的流速；59代入数据得代入数据得 6*9.81u22/26.5u22 u22.9 m/s22 11 基准面基准面221211221122efppz guWz guhp1 = 0z1 = 6 mu1 0z2 = 0p2 = 0u2 = ?hf = 6.5u2We = 0解：解：练习练习601、在定态流动系统中，水由粗管连续地流入细管，、在定态流动系统中

28、，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的若粗管直径是细管的3倍，则细管流速是粗管的倍，则细管流速是粗管的 倍倍 A. 3 B. 6 C. 9 D. 122、水箱中的水从孔口自由流出，流出量为、水箱中的水从孔口自由流出，流出量为q出出， 同同时向水箱注入水量为时向水箱注入水量为q进进，属于稳定流动是，属于稳定流动是 A. q出出 q进进 B. q出出 = q进进 C. q出出 q进进 D. 不一定不一定练习练习61小结小结62221211221122efppz guWz guhVs = u1A1 = u2A2 = uA = 常数常数63流体流动时内部质点的运动情况？流体流动时内部质点的运动情

29、况？ 流动状况的影响因素？流动状况的影响因素？1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象连续连续分布的质点组成分布的质点组成6465 实验结果：实验结果：1. 流体在管内的流动分流体在管内的流动分层流层流、湍流湍流两种类型两种类型2. 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；质点之间互不混合；3. 湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有向向前流动外，还有径向脉动径向脉动，各质点的，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质

30、点互速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。相碰撞和混合。4. 流体在管内的流动类型，由流体的流体在管内的流动类型，由流体的临界速临界速度度u决定。决定。5. 临界速度的大小受管径临界速度的大小受管径d、流体的粘度、流体的粘度和和密度密度的影响。的影响。流体流动型态示意图流体流动型态示意图66 流体流动形态有两种截然不同的类型。两种流型在流体流动形态有两种截然不同的类型。两种流型在内部质点的运动方式，流动速度分布规律和流动阻力产生内部质点的运动方式，流动速度分布规律和流动阻力产生的原因都有所不同，但其的原因都有所不同，但其根本的区别还在于质点运动方式根本的区别还在于质点运动方式的不同

31、的不同。 层流或滞流层流或滞流：流体质点很有秩序地分层顺着轴线平行：流体质点很有秩序地分层顺着轴线平行流动，不产生流体质点的宏观混合。流动，不产生流体质点的宏观混合。 湍流或紊流湍流或紊流：流体在管内作湍流流动时，其质点作不：流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。67流动类型与雷诺数流动类型与雷诺数Re1.流型判别的依据流型判别的依据雷诺准数雷诺准数 2.流速流速u能引起流动状况改变，而且管径能引起流动状况改变，而且管径d、流体的粘度、流体的粘度和密度和密度也影响流动状况。也影响流动状况。3.通过进一步

32、的分析研究，可以把这些影响因素组合成为通过进一步的分析研究，可以把这些影响因素组合成为4.Re准数是一个准数是一个。组成此数群的各物理量，组成此数群的各物理量，必须用一致的单位表示。数群中各物理量的单位一致，必须用一致的单位表示。数群中各物理量的单位一致，所算出的所算出的Re值必相等。值必相等。/duRe 68 对直管内的流动而言：对直管内的流动而言： Re 2000 稳定的层流区稳定的层流区 2000 Re 4000 过渡区过渡区 Re 4000 湍流区湍流区 在生产操作条件下，常将在生产操作条件下，常将Re 3000的情况按湍流的情况按湍流考虑。考虑。69雷诺数的物理意义雷诺数的物理意义

33、Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志流反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志流体流动的湍动程度。其值愈大，流体的湍动愈剧烈，内摩体流动的湍动程度。其值愈大，流体的湍动愈剧烈，内摩擦力也愈大。擦力也愈大。 Re的大小不仅是作为层流与湍流的判据，而且在很多地方的大小不仅是作为层流与湍流的判据，而且在很多地方都要用到它。不过使用时要注意单位统一。另外，还要注都要用到它。不过使用时要注意单位统一。另外，还要注意意d，有时是直径，有时是别的特征长度。，有时是直径，有时是别的特征长度。701、层流与湍流的本质区别是、层流与湍流的本质区别是 （ ） A. 湍流流速大于层流流速湍流流速大

34、于层流流速 B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流流道截面大的为湍流，截面小的为层流 C. 层流的雷诺数小于湍流的雷诺数层流的雷诺数小于湍流的雷诺数 D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动层流无径向脉动，而湍流有径向脉动2、在相同管径的圆形管道中，分别流动着粘油和清水，若雷诺、在相同管径的圆形管道中，分别流动着粘油和清水，若雷诺数数Re相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很大，则油速相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很大，则油速 水速。水速。 （ ） A. 大于大于 B. 小于小于 C. 等于等于 D. 不一定不一定713、流体在管内作、流体在管内作 流动时，其质点沿管轴作有规则流动时，其

35、质点沿管轴作有规则的平行运动。的平行运动。 （ ）A. 层流层流 B. 湍流湍流 C. 过渡流过渡流 D. 漩涡流漩涡流4、流体在管内作、流体在管内作 流动时，其质点作不规则的杂乱流动时，其质点作不规则的杂乱运动。运动。 （ ）A. 层流层流 B. 湍流湍流 C. 过渡流过渡流 D. 漩涡流漩涡流 721.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力 73流动阻力产生的原因？流动阻力产生的原因？ 流体有黏性，流动时产生内摩擦流体有黏性，流动时产生内摩擦根源根源 固体表面促使流动流体内部发生相对运动固体表面促使流动流体内部发生相对运动条条件件 流动阻力大小与流体本身物性（如流动阻力大小与流体本身

36、物性（如、）、壁面）、壁面形状与流动状况等因素有关形状与流动状况等因素有关74流动阻力分类流动阻力分类流体在管路中流动时的阻力：流体在管路中流动时的阻力：直管阻力直管阻力 局部阻力局部阻力 fffhhh75阻力的表现形式阻力的表现形式压强降压强降pf 流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，称为压强降，即称为压强降，即 pf = hf pf与与p不同不同76 计算圆形直管阻力的通式计算圆形直管阻力的通式：（推导过程自：（推导过程自习）习） 范宁范宁(Fanning)公式，此式对于公式，此式对于层层流与流与湍流均适用。湍流均适用。gudlhf22771

37、. 摩擦系数摩擦系数是无因次的系数。它是雷诺数的函数或者是雷是无因次的系数。它是雷诺数的函数或者是雷诺数与相对管壁粗糙度的函数诺数与相对管壁粗糙度的函数2. 相对粗糙度相对粗糙度是指绝对粗糙度与管道直径的比值，即是指绝对粗糙度与管道直径的比值，即/d。绝对粗糙度是指壁面凸出部分的平均高度，以绝对粗糙度是指壁面凸出部分的平均高度，以表示。见表示。见表表1-23. 粗糙管：钢管、铸铁管等粗糙管：钢管、铸铁管等4. 光滑管：玻璃管、黄铜管、塑料管等光滑管：玻璃管、黄铜管、塑料管等5. 对对层层流和湍流的摩擦系数流和湍流的摩擦系数要分别讨论。要分别讨论。78流体在直管中的阻力流体在直管中的阻力 层流层

38、流时的摩擦系数时的摩擦系数 影响层流摩擦系数影响层流摩擦系数的因素只是雷诺准数的因素只是雷诺准数Re，而，而与管壁的粗糙度无关。与管壁的粗糙度无关。与与Re的关系式可用理论分的关系式可用理论分析方法进行推导。析方法进行推导。 ，Re6479流体在直管中的阻力流体在直管中的阻力湍流湍流流动摩擦系数的经验公式流动摩擦系数的经验公式 (a)光滑管光滑管 (b) 粗糙管粗糙管25. 0Re3164. 00.320.5000.0056ReRe7 .182log274. 11d80流体在直管中的阻力流体在直管中的阻力湍流流动湍流流动MoodyMoody摩擦系数图摩擦系数图 81根据根据Re不同，可分为四个

39、区域不同，可分为四个区域 （1）层流区）层流区 （Re2000），），与与/d无关，与无关，与Re为直线关系。为直线关系。（2）过渡区（）过渡区（2000Re4000），在此区域内层流或湍流的），在此区域内层流或湍流的Re曲曲线均可应用，对于阻力计算，宁可估计大一些，一般将湍流时的线均可应用，对于阻力计算，宁可估计大一些，一般将湍流时的曲线延伸，以查取曲线延伸，以查取值。值。（3）湍流区（）湍流区（Re4000以及虚线以下的区域），此时以及虚线以下的区域），此时与与Re、 /d都都有关，当有关，当/d 一定时，一定时，随随Re的增大而减小，的增大而减小，Re增大至某一数值增大至某一数值后，后，

40、下降缓慢。下降缓慢。（4）完全湍流区）完全湍流区 （虚线以上的区域），此区域内各曲线都趋近于（虚线以上的区域），此区域内各曲线都趋近于水平线，即水平线，即与与Re无关。又称为阻力平方区。无关。又称为阻力平方区。82管路上的局部阻力管路上的局部阻力 将流体在管径流动受到阀门管体阻碍，以及进出突然将流体在管径流动受到阀门管体阻碍，以及进出突然扩大或缩小等，在局部受到的阻力，称局部阻力。其计算扩大或缩小等，在局部受到的阻力，称局部阻力。其计算方法有局部阻力系数法和当量长度法：方法有局部阻力系数法和当量长度法：(1) 阻力系数法阻力系数法 克服局部阻力所引起的能量损失，也可以表示成动能克服局部阻力所引

41、起的能量损失，也可以表示成动能 的的一一个倍数，即：个倍数，即： 式中式中称为局部阻力系数，一般由实验测定。称为局部阻力系数，一般由实验测定。22fuh83管路上的局部阻力管路上的局部阻力阻力系数法阻力系数法1.流体自容器进入管内，进口阻力系数系数流体自容器进入管内，进口阻力系数系数c = 0.5。若管。若管口圆滑或成喇叭状，则局部阻力系数相应减小，约为口圆滑或成喇叭状，则局部阻力系数相应减小，约为0.250.05。2.流体自管子进入容器或从管子直接排放到管外空间，出流体自管子进入容器或从管子直接排放到管外空间，出口阻力系数口阻力系数e = 1。3.突然扩大，缩小及管件阀门的突然扩大，缩小及管

42、件阀门的值可查有关资料。值可查有关资料。84管路上的局部阻力管路上的局部阻力阻力系数法阻力系数法85（2）当量长度法）当量长度法 为了便于管路计算，把局部阻力折算成一定长度直管的为了便于管路计算，把局部阻力折算成一定长度直管的阻力：阻力： 式中式中le称为管件或阀门的当量长度，其单位为称为管件或阀门的当量长度，其单位为m，表示流，表示流体流过某一管件或阀门的局部阻力，相当于流过一段与其体流过某一管件或阀门的局部阻力，相当于流过一段与其具有相同直径、长度为具有相同直径、长度为le之直管阻力。之直管阻力。 各种管件阀门的各种管件阀门的 le 值可查有关资料。值可查有关资料。22efl uhd管路上

43、的局部阻力管路上的局部阻力当量长度当量长度法法8687截止阀截止阀闸阀闸阀88闸阀闸阀截止阀截止阀89角式截止阀角式截止阀旋启式止回阀旋启式止回阀90回弯头回弯头标准三通标准三通91hhhfff22udlliei 管路总能量损失管路总能量损失2222udludlieiP P8181 习题习61.6 管路计算管路计算连续性方程连续性方程伯努利方程伯努利方程能量损失计算式能量损失计算式221211221122efppz guWz guhVsu1A1u2A2=uA=常数常数hhhfff951.61.6 管路计算管路计算例例1-201-20221211221122efppz

44、guWz guhseewWN NNe?96J/kg 4.28f1hJ/kg 150f2hJ/kg 154.3fh22fudllhieim 0.081dm 15ilm 92.76.3el0.5im/s 0.9742dVusduRe 查图查图1-27/d 0.029971.7 1.7 流量的测量流量的测量(1)测速管测速管 测速度的结构测速度的结构 测速管又称皮托（测速管又称皮托（Pitot）管，是由两根弯成）管，是由两根弯成直角的同心套管组成，内管管口正对着管直角的同心套管组成，内管管口正对着管道中流体流动方向，外管的管口是封闭的，道中流体流动方向，外管的管口是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干

45、测压小孔。在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。为了减小误差，测速管的前端经常做成半为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减少涡流。测速管的内管与外管分球形以减少涡流。测速管的内管与外管分别与别与U形压差计相连。形压差计相连。 u A R p9899应用应用1.测速管实际测得的是流体在管截面某处的点速度，测速管实际测得的是流体在管截面某处的点速度，因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。若要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。2.也可以利用皮托管测量管中心的最大流速，利用图也可以利用皮托管测量管中心的最大

46、流速，利用图1-20所示的关系查取最大速度与平均速度的关系，所示的关系查取最大速度与平均速度的关系，求出管图求出管图1-20 与与Re的关系截面的平均速度，进而计的关系截面的平均速度，进而计算出流量，此法较常用。算出流量，此法较常用。100（2）孔板流量计）孔板流量计 孔板流量计的结构孔板流量计的结构 孔板流量计属于差压式流量计，是利孔板流量计属于差压式流量计，是利用流体流经节流元件产生的压力差来用流体流经节流元件产生的压力差来实现流量测量的。孔板流量计的节流实现流量测量的。孔板流量计的节流元件为孔板，即中央开有圆孔的金属元件为孔板，即中央开有圆孔的金属板。将孔板垂直安装在管道中，以一板。将孔

47、板垂直安装在管道中，以一定取压方式测取孔板前后两端的压差，定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计相连，即构成孔板流量计。并与压差计相连，即构成孔板流量计。101102103测量原理测量原理 流体在管道截面流体在管道截面1-1前，以一定的流速前，以一定的流速u1流动，因后面有节流元件，当到达截流动，因后面有节流元件，当到达截面面1-1后流束开始收缩，流速即增加。后流束开始收缩，流速即增加。由于惯性的作用，流束的最小截面并不由于惯性的作用，流束的最小截面并不在孔口处，而是经过孔板后仍继续收缩，在孔口处，而是经过孔板后仍继续收缩，到截面到截面2-2达到最小，流速达到最小，流速u2达到最大。达到

48、最大。流束截面最小处称为缩脉。随后流束又流束截面最小处称为缩脉。随后流束又逐渐扩大，直至截面逐渐扩大，直至截面3-3处，又恢复到处，又恢复到原有管截面，流速也降低到原来的数值。原有管截面，流速也降低到原来的数值。计算计算P70104特点特点 孔板流量计结构简单，制造与安装孔板流量计结构简单，制造与安装都方便，其主要缺点是都方便，其主要缺点是能量损失较大能量损失较大。这主要是由于流体流经孔板时，截面的这主要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大形成大量涡流所致突然缩小与扩大形成大量涡流所致。 105 (3)文丘里（文丘里（Venturi）流量计）流量计 孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其

49、原因在于孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段渐缩、渐扩管孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段渐缩、渐扩管代替孔板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量代替孔板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，流速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。流速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。106107108 文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同，也属文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同，也属于差压式流量计。其流量公式也与孔板流量计相似，即于差压式流量计。其流量公式也与孔板流量计相似，即 CV文丘里流量计的流量系数（约为文丘里流量