任务2-流体动力学课件

复习回顾2、U管压差计1、等压面案例1：如图倾斜U管压差计,请列出p1和p2压力差关系式。

案例2：如图倒倾斜U管压差计，列出p1和p2压力差关系式。

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10.7×103Pa（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。新课导入动画1流体流动基本知识一、流量与平均流速1、流量与流速流量qm=ρ

qV──如为稳定流动，qV

，qm

在系统中恒定。qVm3/sqmkg/s单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。质量速度质量通量G=qm/A=qVρ/A=uρ，kg/m2·s2、平均流速点速度──在截面上有分布平均速度u对一稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准1s，则有：qm1=qm2ρ1u1A1=ρ2u2A2=ρ3u3A3=……三、

连续性方程qm1qm2不可压缩流体u1A1=u2A2=u3A3=……液体在圆管中流动：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。总结一、流量、流速二、流动体系的分类、类型三、连续性方程—物料守恒或质量守恒1、作业：P53习题3、42、深化：课后思考题43、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=ρqV──如为稳定流动，qV

，qm

在系统中恒定。qV；m3/sqm；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。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↓对于圆形管道

对于圆形管道，——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=1～3m/s较粘液体：u=0.5～1m/s常压气体：u=10～20m/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2、不稳定流动分类类型流动体系的分类管系中任一截面上的参数u,p,ρ等随时间变化──不稳定流动──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)Re<2000──层流2000<Re<4000──过渡区Re>4000──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

遵循

质量守恒定律

动量定理

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、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，ρ一定，则u1A1=u2A2圆管u1d12=u2d22⑴不可压缩流体稳态流动，u只随A变化。⑵流体在均匀管段内流动，u沿程恒定，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。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φ×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196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa。试求：⑴空气的质量流量；⑵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qm=ρqV──如为稳定流动，qV

，qm

在系统中恒定。qV；m3/sqm；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。平均流速连续性方程qm,1qm,2对一稳态、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，ρ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深化列管换热器的管束由121根φ×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196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa。试求：⑴空气的质量流量；⑵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。解：空气的体积流量qv=uA=9×π/4×0.0252

×121=0.53m3/s质量流量

qm=

qv

ρ=qv×(MP)/(RT)=0.53×[29×(98.7+196)]/(8.314×323)=1.69㎏/s⑶将⑵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，mkg流体的动能1kg流体动能为[J/kg]。一、流动系统的总能量11223.静压能l1

v1

v2p1p2l2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/ρA1。那么其所做的功为p1A1m/ρA1=p1m/ρ(J),则流体代入系统的能量——静压能为：p1m/ρ(即其所做的功)对于1kg流体，静压能=p1/ρ；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Σhf,其单位为J/Kg输入输出单位说明流体具有的能量位能gZ1gZ2J/kg重力(地心引力)流体机械能动能1/2u121/2u22J/kg运动物体具有的静压能P1/ρP2/ρJ/kg压强作的功与环境交换能量热Qe

(加热为入,冷却为出)J/kg外功We

—J/kg损失能量—∑hfJ/kg系统的总能量U1gZ11/2u12P1/ρU2gZ21/2u22P2/ρWeQeQe设：系统中无热交换器，Q=0流体等温流动，U1=U2————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、没能量损失位能静压能动能柏努利方程的讨论

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、静压能之和（总机械能E

）为一常数。例如：水平管道（Z1=Z2）A1>A2u1<u21122E=Const.一部分静压能转变为动能

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。

柏努利方程的讨论如果系统里的流体是静止的，则u=0。——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。没有运动，自然就没有阻力，即∑hf=0；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：

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2、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1s，则有：qm1=qm2如为不可压缩流体，ρ一定，则u1A1=u2A2圆管

u1d12=u2d22小任务1列管换热器的管束由121根φ×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196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa。试求：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量？.解：空气的体积流量qv=uA=9×π/4×0.0252

×121=0.53m3/sqm=

qv

ρ=qv×(MP)/(RT)=0.53×[29×(98.7+196)]/(8.314×323)=1.69㎏/s⑶将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量？压力变小温度降低1.34m3/s如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2.5cm；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复习位能、动能和静压能的概念位能、动能和静压能值的大小柏努力方程式的写法柏努力方程式中各部分的意义Answer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

有流速u的流体才有动能，mkg流体的动能½*mu2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/ρ。复习位能、动能和静压能的概念位能、动能和静压能值的大小柏努力方程式的写法柏努力方程式中各部分的意义————柏努利方程Answer位能静压能动能对于理想流体：没粘性、流动时没摩擦力、没外加功、没能量损失Answer任务2：流体动力学-柏努利方程的应用案例1在0-0和1-1面间列柏努利方程虹吸管Apah110BpaH0位能→动能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1m·s-1的速度流动。设料液在管内流动时的能量损失为20J·kg-1（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？案例2解：取高位槽液面为1-1截面，虹吸管出口内侧截面为2-2截面，并以2-2为基准水平面。在两截面间列柏努力方程得：