《暖通设备基础知识（第二版）》课件-第三章 流体动力学基础

第一节流体动力学基本概念第二节流体运动的连续性方程第三章流体动力学基础第三节伯努利方程及其应用流体动力学基本概念第一节１.掌握压力流、无压流、稳定流、非稳定流、理想流体、流量、流速的基本概念。２.掌握流量的基本计算方法。学习目标一、流体流动的种类１.压力流与无压流当流体运动时，流体充满整个流动空间并依靠压力作用而流动的流体，称为压力流。当液体流动时，凡是具有与气体相接触的自由表面，并只依靠流体本身的重力作用而流动的流体，称为无压流。２.稳定流与非稳定流当流体运动时，流体任意一点的流速、压力、密度等状态参数不随时间发生变化的流动，称为稳定流(或称恒定流动)。当流体运动时，流体任意一点的流速、压力、密度等状态参数随时间而发生变化的流动，称为非稳定流(或称非恒定流动)。稳定流动和非稳定流动３.均匀流和非均匀流均匀流是流体运动时流线是平行直线的流动。非均匀流是流体运动时流线不是平行直线的流动。均匀流和非均匀流二、理想流体所谓理想流体，是指不考虑黏性作用的流体，而实际流体，则是指客观存在的具有黏性的流体。三、流动流体的参数１.过流断面过流断面是指与流体运动方向相垂直的流体横剖面，如图所示。对于圆管，过流断面的面积为过流断面２.流速流体在单位时间内流过的距离称为流速。３.流量流量分为体积流量和质量流量。体积流量等于流速与过流断面面积的乘积，计算公式为：体积流量和质量流量的关系为：４.流量与管道直径的关系根据流量计算公式，可得：则流体运动的连续性方程第二节１.掌握流体连续性方程表达式。２.掌握流体连续性方程的基本应用。学习目标一、流体连续性方程称连续性方程。连续性方程示意图二、连续性方程的应用应用连续性方程，可以很方便地求得管道内的流速或通过各过流断面的流量。同时可得到不同管径与其流速间的关系，即管径小的地方流速大，管径大的地方流速小。【应用连续性方程应注意的问题】在应用稳定流连续性方程式时，应注意以下几点。１.流体必须是稳定流。２.流体必须是连续的。３.要分清是可压缩流体还是不可压缩流体，以便采用相应的公式进行计算。４.对于流量沿程有分支的管道(如通风管道、供水管网等)，根据质量守恒定律，仍可应用稳定流不可压缩流体连续性方程，但方程的表达形式要根据具体情况而定。伯努利方程及其应用第三节１.掌握理想流体伯努利方程的表达式。２.掌握实际流体伯努利方程的表达式。３.初步了解伯努利方程的应用。学习目标一、理想流体的伯努利方程当作用在理想流体上的质量力只有重力，则有这就是著名的伯努利(Bernoulli)方程(又称能量方程)。可以解决许多流体输送的工程问题。二、实际流体的伯努利方程实际流体在管道中流动时，由于流体的黏性，会产生内摩擦力ꎻ管道形状和尺寸的变化与管道装置的局部均会使流体产生扰动。根据能量守恒定律，可得到实际流体的能量方程三、伯努利方程式的意义１.物理学意义单位质量流体从一个断面流至另一个断面时，具有压力能、势能和动能三种形式的能量，在任一截面上可以互相转换，但前一个断面上的总机械能应等于后一个断面上的总机械能与两断面间的能量损失之和。２.水力学意义单位质量流体从一个断面流至另一断面时，断面上的位置水头、压力水头、流速水头可以相互转换，但前一个断面上的总水头应等于后一个断面上的总水头与两断面间的水头损失之和。３.几何意义单位质量流体从一个断面流至另一个断面时，断面上的位置高度、测压管高度、垂直向上射流所达到的理论高度可以相互转换，但前一个断面的三种高度之和应等于后一个断面的三种高度与两断面上的测速管液柱差之和。四、伯努利方程的几何图示如图所示，一般可以用下面五条线段表示。伯努利方程式的几何表示１.理想总水头线理想总水头线是指理想流体各断面总水头的连线。它反映理想流体在各断面上流体总机械能的守恒。２.实际总水头线实际总水头线是指实际流体各断面总水头的连线，反映实际流体总机械能的沿程变化。３.测压管水头线测压管水头线是指流体各断面上测压管水头的连线，反映流体势能的沿程变化。４.管道轴线(位置水头线)管道轴线是指管道中流体各断面中心的连线。它与测压管水头线的垂直距离反映流体各断面的压力水头。５.基准线或基准面基准线或基准面是可任意选取的一水平线或水平面，以此作为分析各断面各项能量的统一基准。基准线与管道轴线的垂直距离反映流体各断面中心的位置水头。五、伯努利方程的适用条件和应用中应注意的问题１.伯努利方程式的适用条件(１)流体流动是稳定流。(２)流体是不可压缩的。(３)建立方程式的两断面必须是渐变流断面(但两断面之间可以是急变流)。(４)建立方程式的两断面间无能量的输入与输出。(５)建立方程的两断面间无流量的输入与输出。２.应用伯努利方程应注意的问题(１)对于不同的计算断面，必须选取同一基准面。(２)压力基准的选取，可以是相对压力，也可以是绝对压力。(３)计算断面(即所列能量方程式的两个断面)的选取，一般应选在压力或压差已知的断面上。(４)在计算过流断面的测压管水头

时，可以选取过流断面上的任意一点