第1章-流体流动-1--流体静力学.ppt

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1、第1章流体流动——流体静力学流体是液体和气体的总称，是由大量的、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固定的形状和具有流动性。共性没有特定形状具有流动性特性气体可压缩性较大，压力较低时可按理想气体处理液体可压缩性较小，一般可按不可压缩流体处理流动时内部质点也会发生相对位移注意：二者的密度都随温度的变化而变化，这种变化是不能忽略的，相关参数可查书后附录。IntroductionofHydrostatics流体静力学定义:流体在重力与压力下达到平衡，呈现静止状态，流体静力学研究的是在这种状态下流体内部不同位置上压力变化的规律。Keywords:Fluid,Hydro

2、statics,Pressure,Kineticenergy,Internalenergy,Pressureenergy,Potentialenergy本节主要内容一.流体流动概述物理力学基础考察方法流体的受力与能量二.流体静力学方程压强压强的表示方法静力学方程例题一.流体流动概述流体输送是生产过程中的普遍现象。传热、传质及化学反应过程等都与流体流动状态密切相关。研究目的：流体在管内流动的规律，管路的设计、输送机械的选择和所需功率的计算。1.物理力学基础质点运动的守恒原理：如机械能守恒；质量守恒等。牛顿第二定律:质点是指含有大量分子的流体微团。c.考察流体运动的方法（教材上没有，了解）L

3、agrange法：选择一个流体质点，跟踪观察，描述其运动参数（如位移、速度）与时间的关系。Euler法：在固定空间位置上观察流体质点的运动情况。直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。b.稳态流动：运动空间各点状态不随时间变化。2.流体流动的考察方法连续性假设：流体是无数质点组成的连续介质，流体的物性及运动参数在流动空间连续分布。Lagrange法：跟踪一辆汽车，对整条路的状况进行分析研究。Euler法：选择一段路，对这段路的状况进行分析研究。3.流体的受力与能量流体受力表面力质量力（体积力）：重力、离心力法向力：压力等切向力：摩擦力、剪力能量机械能热力学能：内能动能位

4、能静压能p0p2p1z1z2Gu1u2A1A2所谓静压能，实质上是外部流体对流入或流出系统的流体做的功，如右图所示。p1p21截面处的静压强为p1,该截面上流体所受到的静压力为：单位时间内流过1截面的流体长度为：L则静压强对流体所作的功为：同理：系统内部对流出流体所作的功为：二.流体静力学关于流体密度的说明：对于液体，在低压下（<10MPa），其密度可以认为不随压力变化而变化。对于气体，在低压下（<10MPa），可以认为是理想气体。其密度可由理想气体状态方程求出。特别注意：1）R＝8.314kJ/(kmol·K)，其单位与其它参数单位遵循单位一致性原则；2）此处的气体压力为绝对压力。1.

5、压强的表示方法1）压强的单位法定计量单位：N/m2、Pa非法定计量单位：mmH2O、mmHgatm、bar、kgf/cm21mmH2O=9.81Pa1mmHg=133.4Pa1atm=101325Pa=1.01325×105Pa1bar=100000Pa=1.0×105Pa1kgf/cm2=98100Pa=9.81×104Pa2）压强单位换算3)压强的表示方法绝对压强：以绝对真空为基准的压强表压：绝对压强－大气压强真空度：大气压强－绝对压强为什么要有这些不同的表示方法？与实际压力的测量有关，多数压力表的读数都是表压，即绝对压强与外界大气压的差值；真空表的读数为真空度。在计算过程中，如无特

6、别说明，一律按绝对压力计算。可类比于山高的表示方法海拔高度相对高度绝对零压线大气压线表压绝对压强绝对压强真空度海拔高度相对高度(海平面)(山脚平原)绝对高度深度2.压强a.定义：p=F/Ac.特点：连续、均一的静止流体中，同一水平面的各点压强相等。b.Pascal定律：静止流体中，作用于同一点上不同方向的压强，其数值相等。121’2’3.流体静力学方程（推导方法与教材上不同，更具一般性）衡算方向p•A(p+dp)•Aρ·A·dl·gdlα取长度为dl的静止流体微元，截面积为A，与垂直方向的夹角为α。依据牛顿第二定律，知：衡算方向上的合外力为零。列式有：整理得：又有：因此，有：写成微分形式

7、，有：若流体密度ρ为定值，即流体不可压缩，将上式分离变量并积分有：压力形式能量形式上式即为流体静力学基本方程，适用于重力场中连续、静止、不可压缩流体。该方程表明：1.静压强仅与流体的密度和垂直位置有关。2.gz表示单位质量流体所具有的位能，p/ρ为单位质量流体所具有的静压能。3.连续、均一、静止不可压缩流体内任一点的位能和静压能之和为定值，并且可以互相转化。4.连续、均一、静止、不可压缩流体内，任一点的压强等于液面压强与液面到该点液