《泵与风机》课件-第1章 流体及其物理性质

第一章流体及其物理性质知识点1流体的特征和连续性介质假设目录12流体及其特征连续介质假设定义能流动的物质流体的力学定义流体是一种受到任何微小剪切力作用时都能连续变形的物质。1流体及其特征区别流体和固体分子结构和分子间的作用力不同。流体分子间的作用力很小，分子运动强烈，从而决定了其下特性：1.流体具有流动性，而且流体也没有固定的形状。2.流体不能承受拉力，只能承受拉力。1流体及其特征液体分子间距离小，吸引力大；分子无规则振动，移动；很难被压缩；不能自由移动。流体区别气体分子间距离大，吸引力小；分子自由运动；有很大的压缩性，极易变形；充满整个空间。1流体及其特征流体是由什么构成的？流体质点（微团）定义：包含足够多流体分子的流体微团，其内分子的各物理量的统计平均值代表了该流体在这一位置的宏观属性。大量做无规则运动的分子组成，分子间存在间隙。流体力学研究的不是个别分子围观运动，而是流体的宏观特性。1流体及其特征流体微团宏观上足够小:

其体积可以忽略不计。微观上足够大:所包容的流体分子的平均物理属性有意义2

连续性介质假设2

连续性介质假设流体的连续介质假设：将本来不连续的流体看成是由没有间隙的流体微团（质点）构成的。目的：在连续性介质假设之下，流体的各种参数都可以看成空间和时间的单值连续函数。可以应用高等数学连续函数来描述流体的运动规律。知识点2流体静力学基本方程目录12第一表达式第二表达式P=Po+ρgh只适用于不可压缩流体（通常是液体），可以求静止液体中任意一点的静压力。式中h是静止流体中任意点在自由液面下的深度，γ是液体的重度。1第一表达式1第一表达式(1)在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性规律变化，即随深度的增加，静压强值成正比增大。(2)在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成：一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。(3)在静止液体中，位于同一深度(h＝常数)的各点的静压强相等，即任一水平面都是等压面。2第二表达式P0P1P2Z1Z22第二表达式（1）当p1=p2时，则z1=z2；反之，当z1=z2时，则p1=p2

。即等压面为水平面，水平面为等压面。（2）当z1>z2时，p1<p2

，即位置较低点处的压强恒大于位置较高点处的压强。2第二表达式物理意义位势能压强势能hp总势能

在重力作用下的连续均质不可压所静止流体中，各点的单位重力流体的总势能保持不变。2第二表达式几何意义位置水头压强水头静水头在重力作用下的连续均质不可压静止流体中，静水头线为水平线。位置水头和压力水头之和称为静水头。表示在重力作用下静止流体中各点的静水头都相等。p02p2z2z11p1完全真空z112z2pe2/

gAAA'A'基准面pe1/

gpa/

gp2/

gp1/

gp1p0p2pa例题封闭水箱如图所示。自由面的绝对压强P0=122.6kN/m2，水箱内水深h=3m，Pa=88.26kN/m2。（1）求水箱内绝对压强和相对压强最大值。（2）如果P0=78.46kN/m2，求自由面上的相对压强、真空度或负压。从压强与水深的直线变化规律可知，水最深的地方压强最大。所以，水箱底面压强最大。（1）压强最大值PjA=P0+γh=122.6kN/m2+9.807kN/m3*3m=63.74kN/m2相对压强最大值PxA=PA-Pa=(152-88.26)kN/m2=63.74kN/m2解（2）当液面压强P0=78.46kN/m2时，自由面上的相对压强为：Px=P0-Pa=（78.46-88.26）kN/m2=-9.8kN/m2真空度：Px=P0-Pa=（88.26-78.46）kN/m2=9.8kN/m2解知识点3流体静力学基本方程的应用目录12等压面及其特性连通器3液柱式测压计静止流体中压力相等的各点所组成的面称为等压面。例如：液体与气体交界的自由表面就是最明显的等压面，其上各点的压力都等于液面上气体的压力。1等压面及其特性水油123456789找出下列4组水平面中的等压面等压面的条件：在仅受重力作用的静止、连续、均质的不可压缩流体中，水平面就是等压面。1等压面及其特性等压面具有以下三个重要特性：(1)不可压缩流体中，等压面与等势面重合。(2)在平衡流体中，作用于任一点的质量力必定垂直于通过该点的等压面。(3)两种互不相混的流处于平衡状态时，其分界面必定为等压面。如处于平衡状态下的油水分界面、气水分界面等都是等压面。2连通器连通器是由两个或几个底部相通的容器组成的一种特殊容器。2连通器茶壶生活中的连通器洗手间的下水管道船闸2连通器当连通器内盛装的是同一种液体并且自由液面上的压力相等时，连通器的液面高度必然相等。（1）盛有同一种液体的连通器2连通器对于盛有相同液体的连通器，如果两液面压力不相等时，两液面上的压力差就等于两液面的高度差所产生的压力值。（2）盛有同一种液体的连通器2连通器当连通器内盛有两种互不相混的液体且液面上压力相等时，两种液体分界面0-0以上，液柱高度与流体密度成反比。（3）盛有不同液体的连通器

=或

低压加热器中，蒸汽加热凝结水后冷却成疏水，疏水一般经疏水装置自动排出，引入凝汽器热水井。小机组的疏水可以由简单的U形水封管作为低压加热器的水封疏水器，这种压差平衡装置就是利用连通器原理制造的。2连通器连通器在电力生产中的应用图中U形管内液体为蒸汽加热凝结水后冷却形成的疏水，容器1、2内自由液面的压力p1>p2。在平衡状态下：p1=p2+ρgh2连通器连通器在电力生产中的应用如果1内的蒸汽不断凝结，疏水会持续增加，导致U形管内左侧的水柱上升h’，这时p1和p2的压力差不足以维持多余的液体，疏水自然就会从左向右流向压力较低的一侧，直到重新恢复平衡。U形管右侧管内始终有一段水柱存在，起到水封的作用，防止了蒸汽通过。（1）测压管

测压管是一根直径均匀的玻璃管，直接连在需要测量压强的容器上，以流体静力学基本方程式为理论依据。表压绝对压强3液柱式测压计3液柱式测压计（1）测压管真空优点：结构简单绝对压强缺点：只能测量较小的压强（2）U形管测压计压差计用于测量两点间或两个压力容器间的压强差。常采用U型管。ph112Ah2ρ2ρpa优点：可以测量较大的压强，但一般亦不超过2.94×109Pa.3液柱式测压计U形管差压计用来测量两个容器或同一容器（如管道）流体中不同位置两点的压强差。3液柱式测压计（1）若两个容器内是同一流体，即ρ=ρA=ρB，则上式可写成（2）若两个容器内是同一气体，上式可简化为3液柱式测压计（2）U形管测压计在测量微小压强或压差时，为了提高测量精度，常采用微压计（最常使用斜管式微压计）。斜管的角度越小，倍数放大值越大，测量精确度越高。ΔP=P1-P2=γlsinα3液柱式测压计知识点4静止液体作用在壁面上的总压力目录12静止液体作用在平面上的总压力静止液体作用在曲面上的总压力1静止液体作用在平面上的总压力应用平衡流体中压强的分布规律，解决工程上的实际计算问题，如计算水箱、管道、路基、液压油缸、活塞及各种形状阀门以及液体中潜伏物体的受力等，由于液体中不存在切向应力，所以全部力都垂直于淹没物体的表面。1静止液体作用在平面上的总压力液体对壁面的总压力，包括力的大小、方向和作用点。壁面：平面壁、曲面壁静止液体作用在平面上的总压力分为静止液体作用在斜面、水平面和垂直面上的总压力三种，斜面是最普通的一种情况。1静止液体作用在平面上的总压力各点压强大小：处处相等各点压强方向：方向一致bcdapaA

abA

padccAb

apadbapaAc

dh1静止液体作用在平面上的总压力各点压强大小：处处不相等各点压强方向：方向一致总压力的方向垂直于受压的平面yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDh1静止液体作用在平面上的总压力作用在微分面积dA上的压力：作用在平面ab上的总压力：总压力的大小yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDh1静止液体作用在平面上的总压力yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDh由工程力学知：故：即静止液体作用在平面上的总压力等于受压面面积与其形心处的相对压强的乘积。受压面面积A对OX轴的静矩yoxACDdAabpFdFp

hDhCyyCyDh总压力的作用点合力矩定理：合力对某轴的矩等于各分力对同一轴的矩的代数和。受压面A对ox轴的惯性矩受压面A对过形心点C且平行于ox轴的轴线的惯性矩压力中心D必位于受压面形心c之下。1静止液体作用在平面上的总压力2静止液体作用在曲面上的总压力各点压强大小：大小不等各点压强方向：方向不同因作用在曲面上的总压力为空间力系问题，为便于分析，拟采用理论力学中的分解概念将其分解为水平分力和垂直分力求解。（1）总压力的大小和方向作用在微分面积dA上的压力：xAzdcPaohchAxzbadAAdFpdFpdFpzdFpx

dAdAxdAz2静止液体作用在曲面上的总压力xAzdcPaohchAxzbadAAdFpdFpdFpzdFpx

dAdAxdAz（2）水平分力作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强pC-p0与其在垂直坐标面oyz的投影面积Ax的乘积。2静止液体作用在曲面上的总压力（3）垂直分力xAzdcPaohchAxzbadAAdFpdFpdFpzdFpx

dAdAxdAz式中：为曲面ab上的液柱体积abcd的体积，称为压力体。作用在曲面上的垂直分力等于压力体的液体重力。2静止液体作用在曲面上的总压力（4）总压力大小：总压力与垂线间的夹角方向：AxzbaPaAzxdFp

DD'水平分力Fpx的作用线通过Ax的压力中心；将Fp的作用线延长至受压面，其交点D即为总压力在曲面上的作用点。总压力Fp的作用线由Fpx、Fpz的交点和确定；铅垂分力Fpz的作用线通过Vp的重心；作用点的确定方法：2静止液体作用在曲面上的总压力压力体的两点说明压力体仅表示