《流体流动》PPT课件.ppt

1、第1章 流体流动Fluid Flow,概述 1.1 流体的物理性质 1.2 流体静力学基本方程式 1.3 流体流动的基本方程 1.4 流体流动现象 1.5 流体在管内的流动阻力 1.6 管路计算 1.7 流量测量,上一页,下一页,概述,流体的概念 连续介质模型 应用 流体输送，参数测量，强化传热、传质 研究方法 Euler法 固定空间点，控制体体积、位置固定，输入、输出控制体的物理量随时间变化 Lagrange法 固定流体质点，质量恒定，位置、体积随时间变化,上一页,下一页,返 回,1.1 流体的物理性质,1.1.1 流体的密度 定义： 物性参数：结构，温度，压强 液体：不可压缩流体，气体：可

2、压缩流体 气体的密度,上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,液体混合物的密度 气体混合物的密度,上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,1.1.2 流体的粘度 1 牛顿粘性定律 黏性：阻碍流体运动的特性 物理本质：分子间的引力以及分子的运动和碰撞，是分子微观运动的一种宏观表现 内摩擦力(剪切力,黏性摩擦力),上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,内摩擦应力或剪应力,上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,2 流体的粘度 定义 单位 物理意义 产生单位速度梯度的剪应力,上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,运动粘度 混合物的粘度 气体 液体,上一页,下一页,1.1 流体的物理性质,物性参数

3、：结构，温度，压强 气体：温度升高，粘度增大 液体：温度升高，粘度减小 3 理想流体 定义：粘度为0的流体 应用：简化问题,上一页,下一页,返 回,1.2 流体静力学基本方程式,1.2.1 静止流体的压力 定义 单位,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,表示方法 表压强绝对压强大气压强 真空度大气压强绝对压强,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,1.2.2 基本方程式 方程的建立（Euler法） 流体平衡微分方程,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,讨论 1在静止的、连续的、同一种液体内部，等压面为水平面 2静止液体液

4、面上的压强能以同样大小传递到液体内部 3压强是深度的函数 4压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但要注明是何种液体 5单位：能量，称为静压能，位能。静止流体内部的能量守恒与转化,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,例13,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,1.2.3 静力学方程式的应用 1 压强与压强差的测量 U管压差计,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,倾斜液柱压差计,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,微差压差计,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,例14 例15,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,例16,上一页,下一页,

5、1.2 流体静力学基本方程式,2 液位的测量,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,例17,上一页,下一页,1.2 流体静力学基本方程式,3 液封高度的计算 例18 例19,上一页,下一页,返 回,1.3 流体流动的基本方程,1.3.1 流量与流速,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,例110 1.3.2 稳态流动与非稳态流动,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,1.3.3 连续性方程,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,例111 1.3.4 柏努利方程式 1 流动系统总能量衡算 内能 机械能：位能，动能 静压能,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,2

6、机械能衡算式与柏努利方程式 1）机械能衡算式,下一页,上一页,1.3 流体流动的基本方程,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,2）柏努利方程式,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,3 柏努利方程式的讨论 （1）稳态流动，非稳态流动的瞬时 （2）有效功率和轴功率 （3）可压缩流体取密度的平均值 （4）静止流体,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,（5）不同衡算基准下的柏努利方程式,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,1.3.5 柏努利方程式的应用 1 解题要点 作图，确定衡算范围 截面的选取 基准水平面的选取 两截面上的压强 单位必须一致,上一页,下一页,1.3

7、流体流动的基本方程,2 应用举例 1）求流量 2）求设备相对位置,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,3）求功率 4）求压强,上一页,下一页,1.3 流体流动的基本方程,5）非稳态系统,上一页,下一页,返 回,1.4 流体流动现象,1.4.1 流动类型与雷诺数 1 雷诺实验与雷诺数,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,雷诺数 物理意义 例117,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,2 层流与湍流 层流：分层流动，只有轴向速度，层与层间无流 体质点混合。 湍流：总体轴向流动，径向随机脉动，流体质点 碰撞、混合，产生漩涡。 层流 湍流 过渡区 例118,上一页,下一页,1.4 流体流动

8、现象,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布 1 层流,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,2 湍流 层流内层，过渡层，湍流主体,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,1.4.3 边界层的概念 1 边界层的形成 原因：流体具有粘性 厚度：u=0.99us 结果： 边界层区， 存在速度梯度； 主流区，无速度梯度,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,2 边界层的发展 1）平板上 层流边界层 湍流边界层 过渡区,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,2）圆管内 形成 边界层厚度：管道半径 层流进口段长度,上一页,下一页

9、,1.4 流体流动现象,发展 层流边界层 湍流边界层，层流内层厚度,上一页,下一页,1.4 流体流动现象,3 边界层的分离 边界层脱离壁面的现象称为边界层分离 原因：逆压梯度，粘性摩擦 结果：形体阻力 局部阻力： 摩擦阻力 形体阻力,上一页,下一页,返 回,1.5 流体在管内的流动阻力,原因：流体具有粘性，流动时产生内摩擦力 条件：静止的固体壁面 影响因素：物性参数，流动状况，流道形状及尺寸 分类：直管阻力，局部阻力,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,1.5.1 直管阻力 1 计算通式,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,2 管壁粗糙度,上一页,下一页,1.5 流体在管内

10、的流动阻力,3 层流时的摩擦系数 4 湍流时的摩擦系数与因次分析,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,因次分析法 对描述某一过程或现象的物理量进行因次分析，将物理量组合为无因次变量，通过实验，确定无因次变量间的函数关系式 白金汉定理 任何物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数 无因次数群的数目等于物理量数减去基本因次数 基本因次 长度L，质量M，时间，温度T 步骤,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,确定影响因素 以函数形式表示 因次分析,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,实验确定模型参数 摩擦系数经验公式 摩擦

11、系数图 1）层流区 2）过渡区 3）湍流区 4）完全湍流区 5 非圆管的流动阻力 例119,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,1.5.2 局部阻力 1 阻力系数法 1）突然扩大与突然缩小 2）进口与出口 3）管件与阀门,上一页,下一页,1.5 流体在管内的流动阻力,2 当量长度法 1.5.3 总能量损失,上一页,下一页,返 回,1.6 管路计算,基本关系式 连续性方程 柏努利方程 阻力损失计算式 管路特性 计算分类 确定功率或位置 直接计算 确定流速或流量 迭代计算 确定管径 迭代计算,上一页,下一页,1.6 管路计算,1 简单管路 例120 例121,上一页,下一页,1.6 管路计算,2 复杂管路 并联管路 分支管路 例122 例123,上一页,下一页,1.6 管路计算,例124,上一页,下一页,返 回,1.7 流量测量,1 测速管 结构,上一页,下一页,1.7 流量测量,流量方程 例125,上一页,下一页,1.7 流量测量,2 孔板流量计 结构与流量方程,上一页,下一页,1.7