流体力学基础知识.ppt

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1、第1章流体力学基础知识§1.1流体的主要物理性质§1.2流体静压强及其分布规律§1.3流体运动基本知识§1.4流动阻力和水头损失§1.5孔口、管嘴出流1.流体静压强及其分布规律2.流动阻力和水头损失本章重点第1章流体力学基础知识一、什么是流体？液体和气体因具有较大的流动性而被统称为流体，它们具有和固体完全不同的力学性质。二、建筑工程中流体力学的应用在建筑设备工程中，建筑给水、排水、供热、供燃气、通风和空气调节等设计、计算和分析都是以流体力学为基础理论的。主要的流体有水（含热水）、空气、燃气等。§1.1流体的主要物理性质一、流体的密度和重度均质流体单位体积所具有的质量称为密度，用ρ

2、表示，单位kg/m3。单位体积流体所受的重力称为重度。用表示，单位N/m3。表1-1-1几种常见物质的密度和重度物质密度（kg/m3）重度（N/m3）备注水100098004℃及1个大气压水银（汞）136001332800℃及1个标准大气压干空气1.211.8020℃及1个大气压二、流体的粘（黏）性一切实际流体都是有粘性的，这也是流体的典型特征。流体由静止到开始流动，是一个流体内部产生剪切力，形成剪切变形，以使静止状态受到破坏的过程。这种表明流体流动时产生内摩擦力阻碍流体质点或流层间相对运动的特性称为粘性，内摩擦力称为粘滞力。流体内摩擦力假说——牛顿内摩擦定律。μ——流体动力粘度

3、，单位为Pa.s或N.s/m2。单位面积上的内摩擦力称为切应力，以τ表示，单位为Pa。流体粘度越大，反映流体质点相互牵制的作用越明显，流动性能越差！牛顿内摩擦定律只适用于部分流体，对于某些特殊流体是不适用的。把符合牛顿内摩擦定律得流体称为牛顿流体；不符合的称为非牛顿流体，如泥浆、血浆、油漆和颜料等。——流动梯度，速度沿垂直于流速方向的变化率，单位为s-1。三、流体的热膨胀性和压缩性流体的膨胀性的大小用热膨胀系数α(1/K或1/℃)来表示，热膨胀系数表示单位温度所引起的体积相对变化量。流体压缩性的大小，一般用压缩系数β（Pa-1）来表示。压缩系数是指单位压强所引起的体积相对变化量。

4、一般结论：水的压缩性和热膨胀性是很小的，在建筑设备工程中，一般计算均不考虑流体的压缩性和热膨胀性。气体的体积随压强和温度的变化是非常明显的，故称为可压缩流体。四、流体的惯性流体和其他物体一样，具有惯性。流体具有的反抗改变其原有运动状态的物理特性称为惯性。将细玻璃管竖立在液体中，由于表面张力的作用，液体就会在细管中上升或下降，称此为毛细管现象。见图1-3。五、表面张力六、作用于流体上的力1、质量力质量力是指通过所研究流体的每一部分质量而作用于流体的力，其大小与流体的质量成正比。常见的质量力有重力和各种惯性力。设总质量力F在空间坐标上的投影分别为和，若均质流体质量为m，则单位质量力f

5、（作用在单位质量流体上的质量力）在相应坐标轴上的投影为：当流体所受质量力只有重力时，由G=mg可得单位质量力为：2、表面力表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与受力表面的面积成正比。流体处于静止状态时，不存在黏性力引起的内摩擦力(切向力为零)，表面力只有法向压力。对于理想流体，无论是静止或处于运动状态，都不存在内摩擦力，表面力只有法向压力。§1.2流体静压强及其分布规律一、流体静压强在静止或相对静止的流体中，单位面积上的内法向表面力称为静压强。在静水中取一表面积为A的水体，设周围水体对A表面上某一微小面积ΔS产生的作用力为ΔP，则该微小面积上的平均压强为：二、流体静压强的特性流

6、体静压强有两个重要特性：特性一：流体静压强永远垂直于作用面，并指向该作用面的内法线方向即垂直性。特性二：静止流体中任一点的静压强只有一个值，与作用面的方向无关，即任意点处各方向的静压强均相等即各向等值性。三、流体静压强的分布1.等压面具有两个重要性质：（1）在平衡液体中等压面即等势面；（2）等压面与质量力正交。只有重力作用下的静止液体，其等压面必然是水平面。2.只有重力作用时静止液体静压强的分布规律：（1）静止液体内任意一点的压强等于液面压强加上液体重度与深度乘积之和。（2）静止液体内压强随深度按直线规律变化。（3）同一深度的点压强相等，即等压面为水平面。（4）液面压强可等值在液

7、体内传递。3、流体静力学方程式的其它形式（见图1-6）：Z——任一点的位置相对于基准面的高度，称为流体的位置水头，也称位能、势能、几何压头等；——在该点压强作用下，液体在测压管中所能上升的高度，称为压强水头，也称为流体的静压能、静压头等；——测压管水头;——同一容器内的静止液体中，所有各点的测压管水头均相等。4.流体压强的表示方法：（1）用应力单位表示。从压强定义出发，用单位面积上的力表示，即牛顿/米2（N/m2），国际单位制为帕斯卡（Pa）。（2）用液柱高度表示。常用水柱高度和