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时间:2018-07-22
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1、自考02446建筑设备资料第一章流体力学基本知识2013年4月18日第一节流体的主要物理性质一、密度和容重密度:对于均质流体,单位体积的质量称为流体的密度。容重:对于均质流体,单位体积的重量称为流体的容重。二、流体的黏滞性粘滞性:相邻流层An、An+1之间u不同,必然存在有相对运动,导致摩擦力的产生,流体内部之间的摩擦力称内摩擦力,称粘滞力。流体在粘滞力作用下,具有抵抗流体的相对运动的能力,称粘滞性。影响流体黏滞性的因素压力的变化对流体的动力粘度μ的影响很小,温度对μ的影响很显著:〈1〉温度升高,液体的粘度减小(因为T上升,液体的内聚力变小,分子间吸引力减小;)〈2〉温度升高,气体的粘度
2、增大(气体的内聚力很小,它的粘滞性主要是分子间动量交换的结果。当T上升,作相对运动的相邻流层间的分子的动量交换加剧,使得气体的粘度增大。)三、流体的压缩性和热胀性压缩性:流体压强增大体积缩小的性质。不可压缩流体:压缩性可以忽略不计的流体。可压缩流体:压缩性不可以不计的流体。热胀性:流体温度升高体积膨胀的性质。液体的热胀性很小,在计算中可不考虑(热水循环系统除外);气体的热胀性不能忽略。建筑设备工程中的水、气流体,可以认为是易于流动、具有粘滞性、不可压缩的流体。第二节流体静压强及其分布规律流体静止是运动中的一种特殊状态。由于流体静止时不显示其黏滞性,不存在切向应力,同时认为流体也不能承受拉
3、力,不存在由于粘滞性所产生运动的力学性质。因此,流体静力学的中心问题是研究流体静压强的分布规律。一、流体静压强及其特性表面压强为:p=△p/△ω(1-6)点压强为:limp=dp/dω(Pa)点压强就是静压强流体静压强的两个特征:(1)流体静压强的方向必定沿着作用面的内法线方向(2)任意点的流体静压强只有一个值,它不因作用面方位的改变而改变。二、流体静压强的分布规律在静止液体中任取一点A点在自由表面下的水深h,自由表面压强为p0。设A点的静水压强为p,通过A点取底面积为,高为h,上表面与自由面相重合的铅直小圆柱体,研究其轴向力的平衡:上表面压力,方向铅直向下(图中未绘出);柱体侧面积的静
4、水压力,方向与轴向垂直(图中未绘出),在轴向投影为零。此铅直圆柱体处于静止状态,故其轴向力平衡为:化简后得:p=p0+γh(1-8)式中p——静止液体中任意点的压强,kN/m2或kPa;p0——表面压强,kN/m2或kPa;γ——液体的容重,kN/m3;h——所研究点在自由表面下的深度,m。上式是静水压强基本方程式,又称为静水力学基本方程式。式中γ和p0都是常数。方程表示静水压强与水深成正比的直线分布规律。方程式还表明,作用于液面上的表面压强p049是等值地传递到静止液体中每一点上。方程也适用于静止气体压强的计算,只是式中的气体容重很小,因此,在高差h不大的情况下,可忽略项,则p=p0。
5、例如研究气体作用在锅炉壁上的静压强时,可以认为气体空间各点的静压强相等。等压面:流体中压强相等的各点所组成的面为等压面。压强的度量基准:(1)绝对压强:是以完全真空为零点计算的压强,用PA表示。(2)相对压强:是以大气压强为零点计算的压强,用P表示。相对压强与绝对压强的关系为:P=PA-Pa(1-9)第三节流体运动的基本知识一、流体运动的基本概念(一)压力流与无压流1.压力流:流体在压差作用下流动时,流体整个周围都和固体壁相接触,没有自由表面。2.无压流:液体在重力作用下流动时,液体的部分周界与固体壁相接触,部分周界与气体接触,形成自由表面。(三)流线与迹线1.流线:流体运动时,在流速场
6、中画出某时刻的这样的一条空间曲线,它上面所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线相切,这条曲线就称为该时刻的一条流线。2.迹线:流体运动时,流体中某一个质点在连续时间内的运动轨迹称为迹线。流线与迹线是两个完全不同的概念。非恒定流时流线与迹线不相重合,在恒定流时流线与迹线相重合。(二)恒定流与非恒定流1.恒定流:流体运动时,流体中任一位置的压强,流速等运动要素不随时间变化的流动称为恒定流动。2.非恒定流:流体运动时,流体中任一位置的运动要素如压强、流速等随时间变化而变动的流动称为非恒定流。自然界中都是非恒定流,工程中可以取为恒定流。(四)均匀流与非均匀流1.均匀流:流体运动时,流线是平行
7、直线的流动称为均匀流。如等截面长直管中的流动。2.非均匀流:流体运动时,流线不是平行直线的流动称为非均匀流。如流体在收缩管、扩大管或弯管中流动等。它又可分为:(1)渐变流:流体运动中流线接近于平行线的流动称为渐变流。(2)急变流:流体运动中流线不能视为平行直线的流动称为急变流。(五)元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速;1.元流:流体运动时,在流体中取一微小面积dω,并在dω面积上各点引出流线并形成了一股流束称为元流。在元流内的
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