火灾动力学FD02b-流体力学基础

提纲流体的概念流动的类型粘性系数表面张力压力分布液体泄漏流体这个概念Figure

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固体、液体、气体的分子结构之比较什么是流体？流体，是与固体相对应的一种物体形态，是液体和气体的总称.由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的，它的基本特征是没有一定的形状并且具有流动性。包括：Liquids,gases,andplasmas流体静力学研究处于平衡状态的液体，常见概念包括：密度、压力、浮力等；流体动力学研究处于运动状态的流体，常见概念包括湍流，能量，涡量等；什么是流体力学？应用于不管是静态还是动态的液体或气体的应用力学统称为流体力学。Fluidmechanics=fluidstatics+fluidkinematics流体力学=静力学+运动学Fluiddynamics=fluidmechanics+heattransfer流体动力学=流体力学+传热学Firedynamics=thermodynamics+fluiddynamics+heattransfer+Combustion火灾动力学=热力学+流体力学+传热学+燃烧学帕斯卡定律密封液体所受到的压力会无损地传递到整个容器的各个角落。例如挤牙膏这个动作，就是帕斯卡定律的最好说明。千斤顶，是帕斯卡定律的另一个说明。密度液体的密度

,定义成单位容积的质量，受到温度和压力的影响。

=mass/volume=m/V

单位通常是kg/m3典型密度

水

=1000kg/m3;空气

=1.23kg/m3

。在一个大气压下粘性()粘性是液体内部粘性的表达；代表内部的摩擦程度；流动液体的内部阻力来源于分子之间的粘性和动量交换。流体的粘性依赖于温度：对液体，温度增加，粘性降低；对气体，温度增加，粘性增加；粘性对于动能的耗散过程非常重要。粘性系数Viscosity粘性是描述流体黏性大小的物理量，也称黏度，黏滞系数，动力黏度。粘性可认为是导致能量损失的，产生液体流动阻力的内部摩擦阻力。在牛顿黏性定律中，当流体的流动为层流时，则在层与层之间所作用的黏性力f分别与液体中定向运动的速度梯度du/dz及流动方向切向面积A成正比的关系，其比例系数η称为黏度或黏性系数，Units:N.s/m2orkg/m/sTypicalvalues:Water=1.14x10-3kg/m/s;Air=1.78x10-5kg/m/s湍流牛顿粘性公式-viscosity(coeff.ofviscosity)固定非滑动平板

fixedno-slipplate

在某一点的粘性力是粘性的线性关系液体表面举例，海水中风吹流动-kinematicviscosity运动粘性非牛顿流体（泡沫）非牛顿流体牛顿流体(线性关系)非牛顿流体（非线性关系）

在本课中，我们只考虑牛顿流体。非牛顿流体包括沥青、泡沫、血液、乳化剂、油漆等经典的非牛顿流体实验通常情况下，液体的粘性随着温度的增加而降低，即加温改善流动性；气体的粘性随着温度的额增加而升高，即燃烧趋层流。不同流体的粘性系数伟大艺术家的观察力流体的耗散过程与能谱表面张力液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。表面张力的形成同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状态密切相关。表面张力的存在形成了一系列日常生活中可以观察到的特殊现象。例如：截面非常小的细管内的毛细现象、肥皂泡现象、液体与固体之间的浸润与非浸润现象等。改性水的添加剂特征减少粘性

增加粘性

目的增加流动性降低流动性名称Wettingagent浸润水Thickeningagent粘稠水水的粘性Thinner稀水Thicker厚水表面张力-+表面积+-覆盖范围+-流动阻力-+A类燃料的渗透率+-吸热能力-+混合地点阻力小，远处混合阻力大，泵浦出口混合液滴动力学小液滴，全淹没大液滴，局部穿透黏着力分散黏着火场运用对阴燃、地下煤火有效Moppingupsmolderingfire/finalcleanup最初运用，希望水柱的穿透力Initialattackandpretreatmentoffuel连续性方程管内流体，流入等于流出；相当于质量守恒定律ρA1v1Δt=ρA2v2ΔtA1v1=A2v2伯努利方程伯努利方程或定理P1

+ρgy1+1/2ρv12=P2+ρgy2+1/2ρv22下标指代液体流线中的亮点静止时

(v1=v2=0）得到状态方程；这仅适用于理想流体静压力分布方程在均匀密度场中的垂直压力分布于密度成正比。小孔泄漏应用伯努利定理，我们可以得到小孔射流的公式如下：泄漏因子或形状因子Cd泄漏因子是流体状态和小孔直径的流动条件的结果经验准则包括：锐角的小孔，或高雷诺数流动（大于30000）直接选用0.61.这意味着液体的流动与小孔的尺寸无关，达到充分湍流的状态。对于完全圆形处理的小孔，泄漏因子趋近与1.0；对容器上设计的短管输出（直径比不小于3），泄漏因子大约是0.81.如果不知道其他条件，或存在不确定性，使用1.0的最大量取得保守的估计。源头模型气体的泄漏液体的泄漏某厂生成的空气柜，因外力撞击而产生一个小孔发生漏气。小孔面积是19.6cm2因空气柜中的气体由此发生大气泄漏。一直空气柜中的压力是2.5x105Pa（2.5atm），绝热指数是

，求空气泄漏的最大质量流量。解答：首先判断空气泄漏的临界压力是大气压是1.0x105Pa，小于临界压力，则空气泄漏的最大质量流量是例题：气体泄漏下午1点，工程的操作人员注意到输送苯液体的压力表读数降低了，于是立即把压力提升到690Pa。下午2:30，操作人员发现管道上有一个直径为6.35毫米的小孔，并立即修复。估算流程的苯量。苯的密度按照879.4kg/m3来计算。（Crowl,pp115）解答：下午1点观察到的压力降低是泄漏开始的标志。假设小孔泄漏一直发生在1pm到2:30pm.之间，总共90分钟。则小孔的面积是：假设小孔是圆滑的，取孔流系数0.61，则所以苯的总泄漏量是：例题：液体泄漏2025/6/26青岛原油泄漏大爆炸

November22,20132:30am发生泄漏3:00am泄漏被检测，