任务2 流体动力学课件

1、复习回顾复习回顾2、U管压差计管压差计1、等压面、等压面gRmzgppRmgppABaBa)()(21 aapp gzgRppBBA)(21案例案例1：如图倾斜如图倾斜U管压差计管压差计,请列出请列出p1和和p2压力差关系式。压力差关系式。 gRgmppRzmgppBaBa21)(aapp)()(21zRggzgRppBBB案例案例2：如图倒倾斜如图倒倾斜U U管压差计，管压差计，列出列出p1和和p2压力差关系式。压力差关系式。 案例案例3：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉

2、的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。压强炉内 1P3107 .10aPghPPa221PP ghPPaa3107 .101.09hm新课导入新课导入动画动画1流体流动基本知识流量qm = qV 如为稳定流动，qV ，qm 在系统中恒定。qV m3/sqm kg/s单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。G=qm/A=qV/A=u，kg/m2s2、平均流速点速度 在截面上有分布u 平均速度uv1d/Auu AuqAA或对一稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准1s，则有：qm1=qm21u1A1= 2u2A2 = 3u3A3 = qm

3、1qm2不可压缩流体 u1A1=u2A2 = u3A3 = )4()4(222211dudu 液体在圆管中流动：212221dduu说明：不可压缩流体在圆管内作稳态流动，速度与管径的平方呈反比。总结总结二、流动体系的分类、类型二、流动体系的分类、类型1、作业：、作业：P53习题习题3、42、深化：课后思考题、深化：课后思考题43、完成引导文剩余内容、完成引导文剩余内容复习回顾1、流量与流速2、管子直径的选择1、流量与流速qm =qV 如为稳定流动，qV ，qm 在系统中恒定。qV；m3/s qm；kg/s流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。流速：在单位时间内流体在流动方向上流过

4、的距离。v/uqA平均流速平均流速2、管子直径的选择u，d，设备费，阻力，操作费u，d，设备费，阻力，操作费4Vqdu对于圆形管道 对于圆形管道，24dA24Vqud4Vqdu管道直径的计算式生产实际中，管道直径应如何确定？例题1-6适宜流速：水，一般流体： u=13m/s较粘液体：u=0.51m/s常压气体：u=1020m/s选管径程序：计算理论d 标准d 校核u选管材： 一般清水、常压气 水煤气管 带压的液、气 无缝钢管 污水，下水 铸铁管 有腐蚀性 陶瓷管、塑料管3、流动体系的分类1、稳定流动、稳定流动2、不稳定流动、不稳定流动分类分类管系中任一截面上的参数u,p,等随时间变化不稳定流动

5、参数随时间变化不随时间变化稳定流动参数不随时间变化，但却可能随位置变化湍流: 总体向前，同时有杂 乱径向运动(脉动)Re2000层流2000Re4000湍流层流湍流过渡区红墨水玻璃管层流: 分层流动， 互不混杂流动类型流动类型流体流动流体流动 遵循遵循 质量守恒定律质量守恒定律 动量定理动量定理 能量守恒定律能量守恒定律 连续性方程 柏努力方程1、连续性方程qm,1qm,2对一稳态稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准1s，则有：qm1=qm2如为不可压缩流体，一定，则u1A1= u2A2 圆管 u1d12= u2d22 不可压缩流体稳态流动，u 只随 A变化。 流体在均匀管段内流动，u 沿程

6、恒定，不因摩擦而减速。案例1流体从内径100mm的钢管流入内径80mm的钢管，流量为60m3/h，试求在稳定流动条件下，两管内的流速。 解：大管内的流速为： 由连续性方程 可得： 所以 所以，在稳定流动系统中，流体的流速与管径的平方成反比。所以，在稳定流动系统中，流体的流速与管径的平方成反比。 案例2如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何变化？d1d2d3总结流量 流速及其关系式连续性方程 及其应用预习（第9周）位能 动能 静压能柏努力方程式及其分析

7、柏努力方程式的应用作业习题3和习题4深化列管换热器的管束由121根2.5cm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50压强为196103Pa(表压)，当地大气压为98.7103Pa。试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算成标况下空气的体积流量。复习 流量 流速及其关系式 连续性方程 及其应用流量与流速流量与流速qm =qV 如为稳定流动，qV ，qm 在系统中恒定。qV；m3/s qm；kg/s流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。流速：在单位时间内流体在流动方向上流过的距离。v/uqA平均流速平均流速连续性

8、方程连续性方程qm,1qm,2对一稳态稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准1s，则有：qm1=qm2如为不可压缩流体，一定，则u1A1= u2A2 圆管 u1d12= u2d22案例2如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何变化？d1d2d3深化深化列管换热器的管束由121根2.5cm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50压强为196103Pa(表压)，当地大气压为98.7103Pa。试求： 空气的质量流量； 操作条件

9、下，空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算成标况下空气的体积流量。解：空气的体积流量 qv = uA = 9/4 0.0252 121 =0.53m3/s质量流量 qm= qv = qv (MP)/(RT) =0.5329(98.7+196)/(8.314323)=1.69/s 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量?一、流动系统的总能量1.位能2.动能3.静压能任务2 流体动力学34一、流动系统的总能量 1.位能（势能）流体因处于地球重力场中而具有的能量。数值上等于将质量为m的流体，在重力场中由基准水平面升举到高度为z所做的功。 位能=mgz位能是个相对值，高于基准面为正，低于者为

10、负。若不选基准水平面，只讲位能绝对值是没意义的。2.动能动能 单位： = kg(m/s) 2=Nm=J有流速 u 的流体才有动能，m kg流体的动能1kg流体动能为 J/kg。221mu221mu221u一、流动系统的总能量3.静压能 v v流动着的流体内部各点都对应着有静压能。当流体要进入截面1-1， 质量为m，体积为 V1的流体通过截面1-1时，把该流体推进1-1所需的作用力为p1A1。一、流动系统的总能量流体通过截面经过的距离=V1/A1=m/A1。那么其所做的功为p1A1m/A1 = p1m/(J) ,则流体代入系统的能量静压能为： p1m/(即其所做的功)对于1kg流体，静压能= p

11、1/；位能、动能和静压能又称为机械能，它们的和“总机械能(总能量) E ”。一、流动系统的总能量二、系统与外界交换的能量1.热能 换热器向1kg流体提供/取走的热量为Q，J/kg。2.外功(净功) 1kg流体通过泵等通用机械获得的功也称有效功。用We 表示， J/kg。3.损失能量 由于流体具有粘性，在流动过程中要克服各种阻力，使一部分能量转化为热能而无法利用，故称损失能。 1kg流体的损失能量用hf,其单位为J/Kg系统的总能量U1gZ11/2u12P1/U2gZ21/2u22P2/WeQeQe设：系统中无热交换器，设：系统中无热交换器，Q=0 流体等温流动，流体等温流动，U1=U2 feh

12、pugZWpugZ 2222121122柏努利方程对于理想流体：没粘性、流动时没摩擦力、没外加功、没能量损失kgJ /位能位能静压能静压能动能动能2222222111upgzupgz.22ConstpugZE 柏努利方程的讨论 理想流体，稳态流动，无外功。任一截面上单位质量流体的位能、动能、静压理想流体，稳态流动，无外功。任一截面上单位质量流体的位能、动能、静压能之和（总机械能能之和（总机械能E ）为一常数。）为一常数。例如：水平管道（例如：水平管道（Z1=Z2）A1A2u1u2222221uu E=Const. 21pp 21pp 一部分静压能转变为动能一部分静压能转变为动能总机械能虽然相等

13、，但每一种形式的机械能不一定相等，总机械能虽然相等，但每一种形式的机械能不一定相等，机械能可以相互转变机械能可以相互转变。柏努利方程的讨论如果系统里的流体是静止的，则如果系统里的流体是静止的，则u=0。 2211pgZpgZ 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 柏努利方程式除表示流体的流动规律外，还表示了流体静柏努利方程式除表示流体的流动规律外，还表示了流体静止状态的规律，而流体的静止状态只不过是流动状态的一种特止状态的规律，而流体的静止状态只不过是流动状态的一种特殊的形式。殊的形式。 没有运动，自然就没有阻力，即没有运动，自然就没有阻力，即h hf=0；若流体保持静止状态，也就不会有外

14、功加入，即若流体保持静止状态，也就不会有外功加入，即We=0于是上式变成：于是上式变成： 动中有静动中有静柏努利方程的讨论总结1、位能、动能、静压能的定义2、柏努力方程式的讨论作业：习题7预习：例题1-8,1-9,1-10深化 抽水马桶的工作原理 柏努力方程的应用-确定管道中流体的流量、确定设备的相对位置、确定输送机械的功率、确定压强或压差、确定管路尺寸复习回顾1、连续性方程及应用、连续性方程及应用2、柏努力方程、柏努力方程1、连续性方程对一稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准衡算基准1s，则有：qm1=qm2如为不可压缩流体，一定，则u1A1= u2A2 圆管圆管 u1d12= u2d22

15、小任务1列管换热器的管束由121根2.5cm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50压强为196103Pa(表压)，当地大气压为98.7103Pa。试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量？.解：空气的体积流量 qv = uA = 9/4 0.0252 121 =0.53m3/sqm= qv = qv (MP)/(RT) =0.5329(98.7+196)/(8.314323)=1.69/s 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量？000TPVVTP压力变小压力变小温度降低温度降低1.34m m3 3/s/s如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2

16、.5cm；d2=10cm；d3=5cm。d1d2d3小任务2（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何变化？（1）当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？8.153m/s复习u 位能、动能和静压能的概念u 位能、动能和静压能值的大小u 柏努力方程式的写法u 柏努力方程式中各部分的意义Answer 位能位能 流体因处于地球重力场中而具有的能量。数值上等于将质量为m的流体，在重力场中由基准水平面升举到高度为h所做的功。位能=mgh 动能动能 有流速u的流体才有动能，mkg流体的动能*mu2 静压能静压能 流动着的流体内部各点都对应着有静压能。静压能为：pm/。复习u 位能、动能和静

17、压能的概念u 位能、动能和静压能值的大小u 柏努力方程式的写法u 柏努力方程式中各部分的意义 fehpugZWpugZ 2222121122柏努利方程AnswerkgJ /位能位能静压能静压能动能动能2222222111upgzupgz.22ConstpugZE 对于理想流体：没粘性、流动时没摩擦力、没外加功、没能量损失Answer任务任务2：流体动力学：流体动力学-柏努利方程的应用柏努利方程的应用案例1在0-0 和1-1面间列柏努利方程211120002121upgzupgz011010H 0()azzuppp绝对压力gHu20 虹吸管Apah110BpaH0位能位能 动能动能用虹吸管从高位

18、槽向反应器加料，高位槽和反应器均与大气连用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽和反应器均与大气连通，要求料液在管内以通，要求料液在管内以1ms-1的速度流动。设料液在管内流动的速度流动。设料液在管内流动时的能量损失为时的能量损失为20Jkg-1（不包括出口的能量损失），试求高位（不包括出口的能量损失），试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少？槽的液面应比虹吸管的出口高出多少？案例2解：取高位槽液面为解：取高位槽液面为1-1 截面，虹吸管出口内侧截面为截面，虹吸管出口内侧截面为2-2截截面，并以面，并以2-2为基准水平面。在两截面间列柏努力方程得：为基准水平面。在两截面间列柏努力方程得： 2211221222fupupgZWegZh 式中：式中：Z1=h（为题中欲求得未知数）；（为题中欲求得未知数）；Z2=0；p1=p2=0 (表压表压) 1-1 截面比截面比2-2 截面面积大得多，在流量相同情况下，槽内流速比管截面面积大得多，在流量相同情况下，槽内流速比管内流速就小得多，故槽内流速就可忽略不计，即内流速就小得多，故槽内流速就可忽略不计，即u10u2=1m/s h hf=20J/kg We=0将上列数值代入柏努利方程式，并简化解得将上列数值代入柏努利方程式，并简化解得 h=2.09m案例3 R=40mm300mm200mm水水如图所示，已知：如图所示，已知：=1.2kg/