《泵与风机》课件-第一章 流体及其物理性质

第一章流体及其物理性质知识点1流体静压力及其特性目录12概念特性3流体压强的表示方法4静压力在电力生产中的应用1概念在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面积上的法向作用力称为流体的压强。KPAⅡⅠdpdA当流体处于静止状态时，流体的压强称为流体静压强，用符号P表示，单位为Pa。1概念总压力P：任意面积A上所受到的总作用力。单位：N平均静压强：单位面积上所承受的作用力。静压强p：流体处于绝对静止或相对静止时的压强1概念N/m²N/m²2特性实验一：U形水银玻璃管压力计，左端连接出口装有薄膜的圆盒，右端直通大气。当薄膜盒置于液体中时，水银压力计左边液位下降，右边液位上升，出现高度差h。薄膜盒入水越深，高度差h越大。而保持薄膜盒入水深度不变，旋转薄膜方向，发现高度差h不变。2特性大小性：流体静压强与作用面在空间的方位无关，仅是该点坐标的函数。即：任意一点的静压强大小在各方向上都相等。2特性实验二：我们在一个小球内部充满高压水，小球四周开有小孔。在水的静压力作用下，水从四周的小孔流出，并且出流的水束沿半径的方向离开壁面，即水束流动方向垂直壁面。2特性方向性：流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法线方向。2)因流体几乎不能承受拉力，故p指向受压面。原因:1)静止流体不能承受剪力，即τ=0，故p垂直受压面；3流体压强的表示方法VS绝对压力相对压力当流体的静压力是以绝对真空为零点算起时。

P=Pa+γh以大气压力Pa为零点算起的压力叫做相对压力。

Pg=P－Pa一般压力表上指示的零压就是大气压力，压力表上的刻度是相对压力，工程上习惯称为表压力或计示压力。3流体压强的表示方法真空：真空值是大气压力与绝对压力的差值。真空值就是相对压力的负值，也称负压。

Pv=Pa

－P真空度：真空值与当地大气压力比值的百分数。大气压力

pa表压

pg=pabs-pa真空值

pv=pa-pabs绝对压力

pabs相对压力

pgpv完全真空p=0大气压强po绝对压强绝对压强相对压强（真空）相对压强3流体压强的表示方法p>pap=pap<pa3流体压强的表示方法（1）国际制—pa：1帕=1pa=1N/m2

1千帕=1kpa=103pa1兆帕=1Mpa=106pa;1hpa=100pa；（2）用液柱高表示压力大小：1mmHg≈133.3Pa1mmH2O≈9.81Pa3流体压强的表示方法（3）用工程大气压表示（at）：1at=1kg/cm2=9807Pa=0.09807MPa≈0.1MPa标准大气压：纬度45o海平面上的常年平均气压1标准大气压=1atm=760mmHg=1.01325×105pa标准状态：处于1标准大气压下，温度为0℃的状态。4静压力在电力生产中的应用在正常运行时，给水泵担负着将除氧器给水箱中的水提高能量并送往锅炉的作用。通常除氧器布置在给水泵上方一定的高度上，我们把除氧器的这种布置方式称为高位布置，其目的是为了防止给水泵入口水压过低而发生汽蚀。4静压力在电力生产中的应用电力生产中的静压力问题：给水箱液面下直至给水泵入口各点的水压大小是否一致除氧器的高位布置与给水泵入口压力有何关系水压大小的分布遵循什么规律水对除氧器内壁的作用力如何计算······知识点2流体的基本性质目录12惯性压缩性和膨胀性34黏性液体表面性质1惯性惯性：物体反抗外力作用而维持其原有状态的性质。惯性大小与物体的质量有关。流体的密度：流体的重要属性之一，它表征流体在空间某点质量的密集程度。定义：单位体积流体所具有的质量，用符号ρ来表示。流体的密度对各点密度相同的均质流体，其密度：对理想气体：式中：ρ—流体的密度，kg/m3；R—气体常数，J/（kg.K）

m—流体的质量，kg；T—热力学温度，K

V—流体的体积，m3。P—气体的压力，Pa1惯性在标准大气压下常用液体的物理性质1惯性在标准大气压和20℃常用气体性质1惯性2

压缩性和膨胀性

流体压缩性的大小用压缩率βp来表示。

它表示当温度保持不变时，单位压力增量引起流体体积的相对缩小量，单位为1/Pa。—流体的体积压缩率，m2/N；

—流体压强的增加量，Pa；—原有流体的体积，m3；

—流体体积的增加量，m3。流体所承受的压力增大时，流体体积缩小的性质称为压缩性。压强增加时，流体的体积减小，即与的变化方向相反，故在上式中加个负号，以使体积压缩系数恒为正值。

思考温度不变时，压强的改变和体积变化有什么关系？2

压缩性和膨胀性例子实验指出，液体的体积压缩系数很小。例如水，当压强在(1～490)×107Pa、温度在0～20℃的范围内时，水的体积压缩系数仅约为二万分之一，即每增加105Pa，水的体积相对缩小约为二万分之一。

2

压缩性和膨胀性0℃水在不同压强下的值2

压缩性和膨胀性流体温度升高时，流体体积增大的性质称为膨胀性。不可压缩流体：在工程实际中常常忽略液体压力变化时体积的改变，把液体的密度视为常数的液体。流体膨胀性的大小用体胀系数βT来表示，它表示当压力不变时，升高一个单位温度所引起流体体积的相对增加量，单位为1/℃。2

压缩性和膨胀性例子液体的体积膨胀系数很小。在9.8×104Pa下：温度在1～10℃范围内，水的体积膨胀系数βT

=14×10-61/℃；温度在10～20℃范围内，水的体积膨胀系数βT

=150×10-61/℃。

2

压缩性和膨胀性例子常温下，每升高1℃，水的体积相对增量仅为万分之一点五；温度较高时，如90～100℃，也只增加万分之七。流体的体积膨胀系数还取决于压强。对于大多数液体，随压强的增加稍为减小。水的在高于50℃时也随压强的增加而增大。2

压缩性和膨胀性水的体胀系数（1/℃）2

压缩性和膨胀性3

黏性流体运动时，在流层之间产生内摩擦的特性。黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。图1-1流体黏性实验3

黏性内摩擦定律相邻两层流体间的内摩擦力Τ的大小与两流层的接触面积A和速度差dv成正比，与两层流体间的距离dy成反比，并与流体种类及温度有关。μ表征流体种类及温度影响的一个比例常数。3

黏性运动黏度：温度对黏度的影响：温度升高，液体黏度下降，气体黏度升高。3

黏性水的黏度与温度的关系例子流体黏性大小既与流体的种类有关，又随流体温度和压强的变化而变化。一般压强变化对黏性的影响较小，常常不予考虑。温度对液体和气体黏性的影响不同，温度升高时，液体的黏性减弱，而气体的黏性增强。3

黏性为什么温度对液体和气体黏性的影响不同？VS为什么温度对液体和气体黏性的影响不同？液体黏性主要因分子间的吸引力。温度升高，分子间的吸引力减小，液体的黏性降低。气体黏性主要因分子作不规则热运动时不同分子层间的动量交换。温度越高，气体分子热运动越强烈，动量交换越频繁，气体的黏性越大。3

黏性3

黏性牛顿流体：遵循牛顿内摩擦定律的流体。非牛顿流体：不遵循牛顿内摩擦定律的流体。A:牛顿流体B:理想塑性体(牙膏)C:拟塑性体(纸浆)D:胀流型流体(油墨)3

黏性实际流体都是具有黏性的，都是黏性流体。不具有黏性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想的流体。原因粘性作用表现不出来的场合。直接求解粘性流体的精确解很困难。先不计粘性，得到的解用修正系数修正；对粘性为主要影响因素的问题，按由简到繁的原则，先研究理想流体流动。例子

长度L=1m，直径d=200mm水平放置的圆柱体，置于内径D=206mm的圆管中以u=1m/s的速度移动，已知间隙中油液的相对密度为d=0.92，运动黏度ν=5.6×10-4m2/s，求所需拉力F为多少？解：

间隙中油的密度为：（kg/m3）动力黏度为：（Pa·s）由牛顿内摩擦定律：由于间隙很小，速度可认为是线性分布3

黏性4液体表面性质表面张力（内聚力）主要取决于分界面液体分子间的吸引力。定义：当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。在不相混合的液体间以及液体和固体间的分界面附近的分子都将受到两种介质吸引力的作用，沿着分界面产生表面张力，通常称为交界面张力。表面张力σ的大小以作用在单位长度上的力表示，单位为N／m。4液体表面性质4液体表面性质例子毛细现象润湿管壁的液体在细管中升高，而不润湿管壁的液体在细管中下降的现象称作毛细现象。能够发生毛细现象的管子称作毛细管。毛细现象是由表面张力和接触角决定的。知识点3作用在液体上的力目录12质量力表面力作用在流体上的力可分为两大类，表面力和质量力。1质量力质量力（体积力）定义：作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一体积的流体质量成正比的力。在均匀流体中，质量力与受作用流体的体积成正比。是一种非接触力。1质量力表现：由于流体处于