流体力学泵与风机课件

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1、目录第一章：流体力学§1–1流体运动的一些基本概念§1–2流体运动的连续性方程§1–3伯努利（Bernoulli）方程§1–4液体的空化和空蚀现象第二章：泵与风机9/17/20211流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。本部分主要介绍流体运动学和流体动力学的基本知识，学习流体力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、动量方程和能量方程，这些方程是分析流体流动问题的基础。9/17/20212第一节流体运动的一些基本概念在讨论流体运动的基本规律和基本方程之前，为了便于分析、研究

2、问题，先介绍一些有关流体运动的基本概念。一、定常流动和非定常流动根据流体的流动参数是否随时间而变化，可将流体的流动分为定常流动和非定常流动，现举例说明如下：如图3-2所示装置，将阀门A和B的开度调节到使水箱中的水位保持不变，则水箱和管道中任一点(如1点、2点和3点等)的流体质点的压强和速度都不随时间而变化，但由于1、2、3各点所处的空间位置不同，故其压强和速度值也就各9/17/20213不相同。这时从管道中流出的射流形状也不随时间而变。这种运动流体中任一点的流体质点的流动参数(压强和速度等)均不随时间变化，而只随空间点位置不同而变化的流动，称为定常流动。现将阀门A关小，则流入水箱

3、的水量小于从阀门B流出的水量，水箱中的水位就逐渐下降，于是水箱和管道任一点流体质点的压强和速度都逐渐减小，射流的形状也逐渐向下弯曲。9/17/20214图3-2流体的出流9/17/20215二、流体流动分类可以把流体流动分为三类：（1）有压流动总流的全部边界受固体边界的约束，即流体充满流道，如压力水管中的流动。（2）无压流动总流边界的一部分受固体边界约束，另一部分与气体接触，形成自由液面，如明渠中的流动。（3）射流总流的全部边界均无固体边界约束，如喷嘴出口的流动。9/17/20216三、流量和平均流速单位时间内通过有效截面的流体体积称为体积流量，以qv表示。其单位为m3/s、m3

4、/h等。单位时间内通过有效截面的流体质量称为质量流量,以qm表示，其单位为kg/s、t/h等。由于微元流束有效截面上各点的流速V是相等的，所以通过微元流束有效截面积为的体积流量dqv和质量流量dqm分别为：dqv=VdA(3-16)dqm=ρVdA(3-17)9/17/20217图3-6管内流动速度分布9/17/20218六、均匀流和非均匀流根据流场中同一条流线各空间点上的流速是否相同，可将总流分为均匀流和非均匀流。若相同则称为均匀流，9/17/20219图3-9均匀流9/17/202110图3-10非均匀流9/17/202111急变流缓变流缓变流缓变流缓变流缓变流急变流急变流急

5、变流急变流图3-11缓变流和急变流9/17/202112第二节流体流动的连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。我们认为流体是连续介质，它在流动时连续地充满整个流场。在这个前提下，当研究流体经过流场中某一任意指定的空间封闭曲面时，可以断定：若在某一定时间内，流出的流体质量和流入的流体质量不相等时，则这封闭曲面内一定会有流体密度的变化，以便使流体仍然充满整个封闭曲面内的空间；如果流体是不可压缩的，则流出的流体质量必然等于流入的流体质量。9/17/202113一、连续性方程在工程上和自然界中，流体流动多数都是在某些周界所限定的空间内沿某一方向流动，即一维流动的问题，所谓

6、一维流动是指流动参数仅在一个方向上有显著的变化，而在其它两个方向上的变化非常微小，可忽略不计。例如在管道中流动的流体就符合这个条件。9/17/202114。对不可压缩均质流体常数，上式为不可压缩流体一维定常流动的总流连续性方程。该式说明一维总流在定常流动条件下，沿流动方向的体积流量为一个常数，平均流速与有效截面面积成反比，即有效截面面积大的地方平均流速小，有效截面面积小的地方平均流速就大。9/17/202115【例3-6】有一输水管道，如图3-14所示。水自截面1-1流向截面2-2。测得截面1-1的水流平均流速m/s，已知d1=0.5m，d2=1m，试求截面2-2处的平均流速为多

7、少？【解】由式（3-33）得(m/s)9/17/202116图3-14输水管道9/17/202117第三节伯努利（Bernoulli）方程(3-42)在特殊情况下，绝对静止流体V=0，由式(3-41)可以得到静力学基本方程一、方程的物理意义和几何意义为了进一步理解理想流体微元流束的伯努利方程，现来叙述该方程的物理意义和几何意义。1、物理意义理想流体微元流束的伯努利方程式（3-41）中，左端9/17/202118前两项的物理意义，在静力学中已有阐述，即第一项z表示单位重量流体所具有