热工 流体静力学基础.ppt

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1、第一章流体力学基础无机材料热工基础序言流体的概念研究流体力学问题的方法：实验研究法、理论分析法和数值计算法。流体的概念：通俗地讲，凡能够流动的物体统称为流体。用力学术语进行定义，流体是指在任何微小的剪切力下都将发生连续变形的物体。液体、气体统称为流体。连续介质模型：（1）不考虑分子间隙，认为介质是连续分布于流体所占据的整个空间；（2）表征流体属性的诸物理量，如密度、速度、压强、切应力、温度等在流体连续流动时是时间与空间坐标变量的单值、连续函数。1.流体的物理性质1.1流体的惯性：质量是惯性大小的度

2、量。单位体积的质量称为密度，以符号ρ表示，单位为kg/m3。流体中某点的密度就是该点单位体积流体的质量，若流体的质量为△M，体积为△V，则密度可表示为：在均质流体中，各点的密度相同，设其体积为V，质量为M，则：ρ=M/V水银的密度为13.6×103kg/m3,4℃水的密度1000kg/m3,0℃空气1.293kg/m3。气体密度与温度、压力的关系气体是可压缩流体，密度随温度压力而变化，可近似按照理想气体方程计算式中：β为气体在0℃的膨胀系数，1/273(1/℃)ρo是气体的标态密度。气体混合物的组

3、成通常以体积百分率φ表示，其混合密度液体混合物的组成通常以质量分率w表示，其密度密度的倒数称为比容（v），即单位质量流体所占据的体积，用符号υ表示，其SI单位为m3/kg。可表示为：在共同的特定条件下，流体的密度与另一参考流体的密度的比值称为该流体的相对密度，又叫做流体的比重，用符号d表示，即：单位体积流体的重量称为流体的重度，用符号γ表示。重度与密度有如下关系：式中：g——重力加速度，其单位为m/s2。d=ρf/ρwγ=ρg【例1-1】锅炉烟气各组分气体所占体积的百分比分别为，，，。试求烟气的

4、密度。【解】由表1-2查得在标准状态下。将已知数据代入（1-4）式，得标准状态下烟气的密度：ρ=1.976×0.136+2.927×0.004+1.429×0.042+1.251×0.756+0.804×0.062=1.336(kg/m3)【例1-2】已知压强为98.07kN/m3，0℃时锅炉烟气重度为13.13kN/m3，求排烟温度为200℃时烟气的重度与密度。【解】锅炉烟气升温过程为等压过程，由式（1-11）可求得烟气的密度与重度。由kg/m3则kg/m3N/m3由此可见，当温度变化较大时，气

5、体的密度与重度有较大的变化。1.2流体的粘滞性所有流体在有相对运动时都要产生内摩擦力，这是流体的一种固有物理属性，称为流体的粘滞性或粘性。牛顿剪切定律（粘滞定律）：流体层之间单位面积的内摩擦力与流体变形速率即速度梯度成正比。比例系数就是代表流体粘滞性的物理量，反映了流体内摩擦力的大小，称为流体的动力粘性系数或粘度。在数值上等于速度梯度为1时单位面积上内摩擦力的大小，在国际单位制中，其单位为N·s/m2或Pa·s（帕·秒）。在流体力学的分析计算中，常常把流体的粘度和密度这两个物理性质结合在一起以的形

6、式出现。由此引出另一个参数，来表示这种比值ν的单位为m2/s，将其称为运动粘性系数或运动粘度。根据流体的粘性不同，可以将实际流体分为不同的类型。粘性流体与理想流体自然界中存在的流体都具有粘性，具有粘性的流体统称为粘性流体或实际流体。完全没有粘性，即的流体称为理想流体。牛顿流体和非牛顿流体凡遵循牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，否则为非牛顿型流体。a－牛顿型流体；b－假塑性流体；c－胀塑性流体；d－宾汉塑性流体1.3作用在流体上的力质量力（体积力）质量力又叫作体积力，它是某种力场（如重力场、磁力场、

7、电力场）作用于流体各质点（或各微团）上的力（相应的为重力、磁力、电动力）。质量力与周围流体的存在无直接关系。对于均质流体，总质量力的大小与流体的质量（或体积）成正比。表面力表面力是周围相接触的物体作用于所研究流体表面且与该表面积大小成正比的力，它与流体的质量力无关，而与周围物体的存在有直接关系。例如，大气压力、水压力与摩擦力都是表面力。表面力用单位面积上的表面力，即表面应力来表示。表面应力可分成两个分量：一个是沿表面切线方向作用的切向应力τ，如前面讨论的粘性力；另一个是沿表面法线方向作用的法向应力

8、，通常称为压强。p为A点的法向应力，又称为压强；它的单位在国际单位制中为Pa。流体静压强的物理意义及量度(1)静压强的物理意义静压强静压能单位体积流体的能量静压头(2)静压强的量度国际单位工程单位N/m2或Paatm、at、mmHg、mmH2O1atm=760mmHg=101325Pa=10332mmH2O1at=735.6mmHg=9.80665×104Pa=10000mmH2O绝对压强、表压强和大气压强以环境大气压为起点计算的压强表压强绝对压强以绝对真空为起点计算的压强数值大于