化工原理——流体动力学.ppt

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1、1.3流体流动中的守恒原理以管流为主，质量守恒守恒原理机械能守恒动量守恒1.3.1质量守恒流量及流速a.流量：单位时间通过管截面的流体量。有质量流量qm，kg/s；体积流量qv，m3/s。瞬时特性作定态流动时，流量不随时间而变b．流速点速度：（u）单位时间质点在流动方向上的位移。各点速度在流场（流体空间）内有一个分布，以管流为例，在管截面上，各点速度沿r分布平均流速=qv/A工程上常用一个平均值代替一个物理量的分布。平均值描述的结果要与用实际分布描述的结果等效。流体流动中，以流量相等为原则确定平均流速。必须指出，上述方法确定的平均流速（）

2、只有在计算流量时才能代替点速度分布，而在其它方面并不与点速度分布描述结果等效。质量流速G=qm/Ac.qv、qm、、G之间的关系气体密度计算标准状态下：换算：质量流速不随温度压力变化质量守恒方程取控制体1-1-2-2管段，作质量衡算(欧拉法)：流入量=流出量+累积1A1=2A2+定态条件下，=0所以1A1=2A2——质量守恒方程表明：定态流动时，流体通过任一截面的质量流量为常数。对不可压缩流体，1=2=const，有qv1=qv2=constu1/u2=A2/A1表明不可压缩流体作定态流动时，管内体积流量为常数，流体通过各截面的（

3、平均）流速与管截面积成反比。若A1=A2(=const，均匀管)则u1=u2(=const)1.3.2机械能守恒理想流体的机械能守恒取流体微元，作受力分析，根据牛顿第二定律可推导出：=常数—伯努利方程1、2为同一质点不同时间的两个状态点或物理意义：不可压缩的理想流体在定态过程中，沿其轨线，单位质量流体的总机械能（=总势能+动能）保持不变，但各项机械能之间可相互转换。理想流体：=0，=0。无内摩擦，无能量损失实际流体：粘性流体0，有速度分布，有能量损失。研究范围：整个流场（管流）工程处理：理想流体沿轨线伯努利方程实际流体沿管流修正：a

4、.引入定态流动条件：流线=轨线b.引入均匀流条件：均匀流段截面上各点的总势能相等。均匀流：各流线都是平行直线并与截面垂直,定态条件下该截面上的流体没有加速度。理想流体截面速度分布均匀（各流线动能相等）所以上述方程由沿流线推广为理想流体管流机械能守恒式。（1、2表示同一时间两均匀流截面）实际流体管流的机械能衡算a.与理想流体的差别实际流体0，流动时为克服摩擦力要消耗机械能，故机械能不再守恒。均匀流段截面上，各点的动能不等，沿r方向有个分布。b.引入动能校正因子工程上，以平均动能代替动能分布。平均原则为截面上总动能相等。平均动能动能校正系数=

5、f(速度分布)工业上，=1.02.0。对较均匀的速度分布1即c.引入实际流体的能量耗散对实际流体，必然有若令机械能消耗为hf，则实际流体的机械能衡算式为1、2近似取1，则————实际流体的机械能衡算方程工程应用举例a.重力射流uA<

6、汽化器/喷雾器伯努利方程应用小结：l应用条件:连续不可压缩流体作定态流动；l伯努利方程反映了定态流动时，流体状态参数随空间位置的变化规律，也反映了流动流体的能量转换关系。l应用时注意事项：①选取考察截面：均匀流定态段，垂直流向，只有一个未知数；②位能：位能基准面的选取，管中心或容器液面；③压强基准可取绝对真空也可取大气压，但方程两边应统一；④容器液面处动能项可忽略。l伯努利方程的三种表达形式及物理意义=c,J/kg,单位质量流体具有的机械能；=c,J/m3,单位体积流体具有的机械能=c,J/N,单位重量流体具有的机械能；伯努利方程的几何意义驻点u

7、s=0例1风机风量的测定求风量qV=？解：列1-1和2-2截面列伯努利方程不计阻力损失，u1A1=u2A2，u12<

8、量最多，大截面u=0。