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时间:2020-10-04
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1、第一章流体力学基础1.1概述1.2流体静力学及其应用1.3流体流动的基本方程1.4管路计算1.5流速、流量测量1.1概述1连续介质模型流体是由分子或原子所组成,分子或原子无时无刻不在作无规则的热运动。假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点(或微团)所组成的连续介质。质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。1.1概述2流体的压缩性流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。液体的压缩性很小,在大多数场合下都视为不可压缩,而气体压缩性比液
2、体大得多,一般应视为可压缩,但如果压力变化很小,温度变化也很小,则可近似认为气体也是不可压缩的。1.1概述3作用在流体上的力作用在流体上的所有外力F可以分为两类:质量力和表面力,分别用FB、FS表示,于是:质量力:质量力又称体积力,是指作用在所考察对象的每一个质点上的力,属于非接触性的力,例如重力、离心力等。1.1概述3作用在流体上的力表面力:表面力是指作用在所考察对象表面上的力。任一面所受到的应力均可分解为一个法向应力(垂直于作用面,记为ii)和两个切向应力(又称为剪应力,平行于作用面,记为
3、ij,ij),例如图中与z轴垂直的面上受到的应力为zz(法向)、zx和zy(切向),它们的矢量和为:1.1概述3作用在流体上的力类似地,与x轴、y轴相垂直的面(参见图1-2)上受到的应力分别为:1.2流体静力学及其应用1.2.1静止流体所受的力1.2.2流体静力学基本方程1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1.2.1静止流体所受的力静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,习惯上又称为压力。(1)压力单位在国际单位制(SI制)中,压
4、力的单位为N/m2,称为帕斯卡(Pa),帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为:1atm(标准大气压)=1.033at(工程大气压)=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O1.2.1静止流体所受的力(2)压力的两种表征方法绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度以大气压为基准测得的压力。1.2.2流体静力学基本方程对连续、均质且不可压缩流体,=常数,对于静止流体中任意两点1和2,则有:两边同除以g——静力学基本方程1.2.2流体静力学基本方程讨论(1)适用于重力场中静
5、止、连续的同种不可压缩性流体;(2)在静止的、连续的同种流体内,处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面;(3)压力具有传递性:液面上方压力变化时,液体内部各点的压力也将发生相应的变化。即压力可传递,这就是巴斯噶定理;(4)若记,称为广义压力,代表单位体积静止流体的总势能(即静压能p与位能gz之和),静止流体中各处的总势能均相等。因此,位置越高的流体,其位能越大,而静压能则越小。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1.压力计(1)单管压力计或表压式中pa为当地大气压
6、。单管压力计只能用来测量高于大气压的液体压力,不能测气体压力。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1.压力计(2)U形压力计设U形管中指示液液面高度差为R,指示液密度为0,被测流体密度为,则由静力学方程可得:将以上三式合并得:1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用若容器A内为气体,则gh项很小可忽略,于是:显然,U形压力计既可用来测量气体压力,又可用来测量液体压力,而且被测流体的压力比大气压大或小均可。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用2.压差计(1)U形压差计
7、设U形管中指示液液面高度差为R,指示液密度为0,被测流体密度为,则由静力学方程可得:1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用根据而3、3面为等压面及广义压力的定义两边同除以g得:式中:为静压头与位头之和,又称为广义压力头。U形压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压力头之差。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用讨论(1)U形压差计可测系统内两点的压力差,当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时,也可测得流体的表压或真空度;p1pap1pa表压真空度1.2.3静力学原
8、理在压力和压力差测量上的应用讨论(2)指示液的选取:指示液与被测流体不互溶,不发生化学反应;其密度要大于被测流体密度。应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用思考:若U形压差计安装在倾斜管路中,此时读数R反映了什么?p1p2z2RAA’z11.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用2.压差计(2)双液柱压差计又称微差压差计适用于压差较小的场合。密度接近但不互溶的两种指示液1和2,1略小于2;扩大室内径与U管内径之比应大于10
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