流体力学知识课件

流体力学知识主讲教师：崔彬澎集输工工技师2内容提纲一、概述二、流体静力学基本方程式三、流体动力学基本方程式四、水头损失计算一、概述1、流体定义：凡是没有一定的形状，易于流动的物质称为流体。流体的基本性质：流动性。物质三态：固态/液态/气态

流体

液体---工程上把气体看成是不可压缩流体；气体---把气体看成是可压缩流体；2、动力粘度与运动粘度

动力粘度

:动力粘滞系数或绝对粘度，

物理意义：速梯为1时，单位面积上内摩擦力的大小

国际单位：N·s/m2

或Pa·s（帕秒）；物理单位：g/cm·s或p（泊），cp（厘泊）。

1Pa·s=10p1p=100cp2、动力粘度与运动粘度运动粘度

:动力粘度与密度之比：国际单位：m2/s；物理单位：cm2/s或斯（沱），厘斯（厘沱）1斯（1St）=1cm2/s=10-4m2/s；1厘斯（1cSt）=10-4cm2/s=10-6m2/s温度对流体的粘性影响较大。压强对流体的粘度和运动粘度影响很小，可忽略不计。流体的粘温关系液体：温度升高，内聚力降低，粘度降低；温度降低，内聚力增强，液体粘度增大；气体：温度升高，热运动加剧，粘度增大；温度降低，热运动减弱，粘度降低。液体的粘温关系与气体的相反。3、流体静压力（）定义：静止流体中，作用在单位面积上的力称为静压力，亦称压强。用小写表示。设微小面积ΔA上的总压力为ΔP

，则：平均静压强：

单位：帕斯卡（Pa）、牛顿/米2（N/m2）水静压强两个重要特征：1.静压力方向垂直并指向作用面；2.静止流体内任一点静压力大小—各向等值。二、流体静力学基本方程式水静力学基本方程I

液柱压力，Pa液面压力，Pa静止液体内部任一点的静压力，Pah—该点在液面以下的淹没深度，m。静力学基本方程式（Ⅱ）建立如图示坐标系，在静止液体中任取两点1和2，它们在液体中的淹没深度分别为h1和h2，则得由即静力学基本方程Ⅱ

稳定流动（定常流动）——流体所有运动要素与时间无关。不稳定流动（不定常流动）——流体所有运动要素与时间有关。

图3-1稳定流动和不稳定流动H

H1

H2

三、流体动力学基本方程式稳定流动的连续性方程(一元管流，不可压缩流体)流速与过流面积成反比，与直径的平方成反比。

图3-6一元流动的连续性方程分析A

A1

A2

v1

v

v2

u1

u

u2

dA1

dA2

dA

对于不可压缩流体，满足：。积分式得：

对于流线上的任意两点1、2，有：

式（Ⅰ

）（Ⅱ

）为理想流体沿流线的伯努利方程，即能量方程。

ⅠⅡ

1、理想流体流速的伯努利方程式例题：某站100m3/h向外输送密度为0.8654×103kg/m3的原油，管内径流速为2m/s，则需要多大管线才能满足生产要求？已知：Q=100m3/h=∕s，求：

d解：由

，得

答：要选Φ159管线才能满足生产要求。

1、水头损失包括：

沿程水头损失hf：液流因克服沿程阻力（摩擦阻力）而产生的水头损失。是液流沿流程直管段上所产生的阻力。四、水头损失计算

局部水头损失hj：液流因克服局部阻力而产生的水头损失。是液流经过管路进口、出口、大小头、弯头、闸门、过滤器等局部管件时产生的阻力。管路总水头损失可写为：临界雷诺数Rec（下临界雷诺数）

工程上一般取Rec

＝2000，作为层流、紊流流态的判别条件:

若Re≤2000为层流；若Re＜3000为紊流。若2000＜Re＜3000过渡流。2、流态的判别例题1：有一段管径直径d=150mm，管内液体流速为2.5m/s，流体运动粘度为0.001m2/s，求雷诺数并判断流态。

已知：d=150mm=0.15m，υ＝2.5m/s，ν＝0.001m2/s，求：Re解：答：雷诺数为375，流态为层流。习题1：有一段管径直径为2500mm，管内液体流速为1.0m/s，流体运动粘度为0.001m2/s，求雷诺数并判断流态。已知：D=2500mm=2.5m，υ＝1m/s，ν＝0.001m2/s，求：Re解：答：雷诺数为2500，流态为紊流

称为沿程水力摩阻系数，层流时取决于雷诺数Re的大小。达西公式同样适用于紊流，但沿程水力摩阻系数的数值与层流有所区别。—达西公式hf

1

l

v

2

p2

/γ

d

p1

/γ

3、沿程水头损失的计算流态类别常用的经验公式层流

紊流水力光滑

混合摩擦

水力粗糙

Re范围

常用的经验公式水力坡降：定义：单位长度上的水头损失。表达式：单位：无量纲、无因次量4、局部水头损失计算公式

通用式1通用式2

ξ——局部水力摩阻系数；V——管中液体流速，m/S。

为当量长度

例题2：有一段长度为1200m的圆管，内径为150mm，管内液体流速为0.25m/s，流体运动粘度为0.001m2/s，则该管段的沿程水头损失和水力坡降是多少？（重力加速度g取9.8m/s2）已知：L=1200m，d=150mm=0.15m，υ＝0.25m/s，ν＝0.001m2/s，求：hf

、i解：①②沿程阻力系数③沿程阻力损失为：④水力坡降为：答：该管段的沿程水头损失为43.62m，水力坡降为0.036。习题2：有一条污水管线内径为150mm，管内液体流速为1.2m/s，流体运动粘度为0.001m2/s，求该管段的起终点压差为0.60MPa，起终点距离和水力坡降是多少？（重力加速度g取9.8m