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时间:2019-09-06
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1、第一章流体流动流体力学与传热学FluidMechanicsandHeatTransfer第一章流体流动基础流体的密度、黏度、压强的定义、单位、影响因素及数据的求取;流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程及应用;流动型态及其判断,雷诺准数的物理意义及计算;流体在管内流动时流动阻力计算;简单管路的设计计算;因次分析法原理、依据、结果及应用。掌握内容流体的连续性和压缩性、定态流动与非定态流动;层流与湍流的特征;管内流体速度分布公式及应用;哈根-泊谡叶方程式的推导;复杂管路计算;正确使用各种数据图表;边界层
2、的概念。熟悉内容牛顿型流体与非牛顿型流体;层流内层与边界层,边界层的分离。了解内容讲授内容流体静力学1.1流体流动现象1.2管路计算1.6流速和流量测量1.7流体在管内的流动阻力1.5流体流动基本方程1.31.1流体静力学本节讲授内容3流体静力学方程2流体的压强1流体的物理性质4流体静力学方程的应用一、流体的物理性质连续介质假定(continuumassumption)流体是由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质。2.流体的密度(density)单位体积流体所具有的质量,ρ;SI单位kg/m3。3
3、.影响ρ的主要因素液体:——不可压缩性流体(体积不遂压力变化)气体:——可压缩性流体流体4.气体密度的计算理想气体在标况下的密度为:例如:标况下的空气,操作条件下(T,P)下的密度:由理想气体方程求得操作条件(T,P)下的密度5.混合物的密度1)液体混合物的密度ρm取1kg液体,令液体混合物中各组分的质量分率分别为:——液体混合物密度计算式假设混合后总体积不变:2)气体混合物的密度i=1,2,….,n混合物中各组分的质量为:当V总=1m3时,若混合前后,气体的质量不变:当V总=1m3时,——气体混合物密
4、度计算式取1m3的气体为基准,令各组分的体积分率为:6.与密度相关的几个物理量1)比容:单位质量的流体所具有的体积,用v表示,单位为m3/kg。2)比重(相对密度):某物质的密度与4℃下的水的密度的比值,用d表示。在数值上:7.流体的体积膨胀系数和压缩系数1)体积膨胀系数在恒定压力下,流体温度增加一个单位时,体积所发生的相对变化量:用α表示,单位为1/K。2)体积膨胀系数:某一定体积的流体,当温度增加dp时,体积减小了dv,体积压缩系数用β表示。在数值上:二、流体的静压强1.压强的定义流体的单位表面积上
5、所受的压力,称为流体的静压强,简称压强。SI制单位:N/m2,即Pa。其它常用单位有:atm(标准大气压)、工程大气压kgf/cm2、bar;流体柱高度(mmH2O,mmHg等)。流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。压力的特性:换算关系为:2.压强的表示方法1)绝对压强(绝压):体系的真实压强称为绝对压强。2)表压强(表压):压力表上读取的压强值称为表压。表压强=绝对压强-大气压强3)真空度:真空表的读数真空度=大气
6、压强-绝对压强=-表压当用表压或真空度来表示压强时,应分别注明。如:4×103Pa(真空度)、200kPa(表压)。绝对压强、真空度、表压强的关系:绝对零压线大气压强线A绝对压强表压强B绝对压强真空度表压真空度动画三、流体静力学方程1.方程的推导(1)在1-1’截面受到垂直向下的压力:(2)在2-2’截面受到垂直向上的压力:(3)微元体本身所受的重力(向下):设流体不可压缩,ρ=Constant。取微元体dxdydz。对微元体进行受力分析(z轴):p2p1z1z2Gp0xzy令若取液柱的上底面在液面上,
7、并设液面上方的压强为p0,取下底面在距离液面h处,作用在它上面的压强为p因为微元体处于静止状态:两边同时除A——流体的静力学方程表明在重力作用下,静止液体内部压强的变化规律。2.方程的讨论1)液体内部压强p随p0和h的改变而改变:2)当容器液面上方压强p0一定时,静止液体内部压强p仅与垂直距离h有关:处于同一水平面上各点的压强相等。3)当液面上方的压强改变时,液体内部的压强也随之改变,即:液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点。4)从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的连通着的同一种
8、流体的内部,对于间断的并非单一流体的内部则不满足这一关系。5)可以改写成压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示,这就是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强或压强差时,需指明何种液体。6)方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性的气体,只适用于压强变化不大的情况。例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度h1=1m,密度,水层高度h2=0.8m,密度为1)判断下列两关系是否成立:PA=PA’,PB=P’B。2)计算玻璃管内水的高度h
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