第1章流体力学基础ppt课件.ppt

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1、第一章流体力学基础1．1牛顿流体及其黏度1．2流体流动能量平衡1．3管中流动1．4简单管路计算1．5液体输送设备本章学习目的与要求通过学习本章内容，学生能够完成食品工厂设计的管道设计与计算工作，能够完成泵与风机的选型配套工作。要求学生掌握实际流体与理想流体的区别，掌握流体流动中各能量平衡方程的区别并能熟练运用这些方程解决问题。掌握流体参数的测量原理和方法，掌握流动阻力计算方法和泵性能的计算方法。了解非牛顿流体的种类和简单计算方法。在食品生产中，经常会遇到流体通过管道由一个容器流入另一个容器，实现流体输送任务，把这个过程称为流体流动过程。流体动力学主要研究流体在管道内流动的理论知识

2、及其在生产中的实际应用，所涉及的理论知识是质量守恒理论和能量守恒理论，最终要解决的实际问题主要是流体流量的计算以及所用输送设备功率的计算。运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力、切应力。流体运动时内摩擦力的大小，体现了流体粘性的大小。设有上下两块平行放置而相距很近的平板，两板间充满着静止的液体，如图所示。xu=0yu1.1牛顿流体及其黏度流体:在剪应力作用下能产生连续变形的物体，流体是气体与液体的总称。食品加工中，会遇到很多流体（空气、液体）。流体在静止平衡时不能抵抗剪切变形，因而在平衡流体内部不存在切应力。但在流体流动时，在流体内部由于流

3、体分子间的内聚力，流动的流体必然带动静止的流体流动，而静止的流体又必然会阻止流动的部分，这样就在流体内部产生了内摩擦力或切应力。流体的这种性质称为黏性。流体粘性越大，其流动性就越小。从桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，这是因为甘油流动时内摩擦力比水大的缘故。粘性是流体的基本物理特性之一。黏性是流体固有的属性，不论是静止的流体还是流动的流体都具有黏性，只不过黏性只有在流体流动时才表现出来，流体流动时为克服内摩擦需消耗能量。温度对液体粘度的影响很大，当温度升高时，液体的粘度减小，而气体的粘度增大。压力对液体粘度的影响很小，可忽略不计，而气体的粘度，除非在极高或极低的压力下，可以认为与压

4、力无关。衡量流体黏性大小的物理量，称为黏度，用符号μ表示，黏度大的流体流动时内摩擦力大，因而流体的流动阻力也大。1.1.1牛顿内摩擦定律牛顿对流体流动现象进行实验证明，两流体层之间单位面积上的内摩擦力（或称为切应力、剪切力、剪应力）τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。u+duuFdy决定流体流动时内摩擦力大小的因素很多，牛顿经过大量的实验研究，提出了反映流体内摩擦力与其影响因素之间关系的“牛顿内摩擦（黏性）定律”。如图所示，设有两块面积很大而相距很近的平板平行放置，中间充满静止液体，下板固定，对上板施加一个恒定力，使其以恒速移动，此力通过平板而成为在界面处作用于液体的剪应力（单位面积上的内

5、摩擦力），此时发现两板间的液体分成无数平行的薄层而运动，附在上板表面的液层具有与上板相同的速度，以下各层速度逐渐降低，附在下板表面的液层速度为零。即两板间的流体形成上大下小的流速分布，各平行流体层间存在相对运动，运动较快的上层对相邻运动较慢的下层，有拖动其向前运动的拖动力（称剪切力），运动较慢的下层对相邻运动较快的上层产生摩擦力或阻力。该摩擦力与剪切力大小相等、方向相反。平板间流体流速分布设与流体流动方向垂直的y方向上流体速度的变化率（称为速度梯度）为du/dy,则两流体层间的剪切力（内摩擦力）F与液层面积A和速度梯度du/dy之间的关系为：把上式写成等式，需引入一个比例系数μ，即单位面积

6、上的内摩擦力，称为剪应力，用符号τ表示，则τ=F/A=式中τ—剪应力，Pa；—速度梯度，1/s；μ—比例系数，称为黏性系数，简称黏度，Pa.s。牛顿型流体：适用牛顿内摩擦定律的流体，是通过坐标原点的一条直线。（水等纯液体、低分子化合物等稀溶液）非牛顿型流体：不具有牛顿流体的特征。（高分子聚合物浓溶液、悬浮液等）（牛顿内摩擦（黏性）定律）上式称为牛顿黏性定律，即流体的剪应力与速度梯度成正比。从上式可以看出，若取A=1m2,=l（1/s)，则在数值上μ=τ。所以黏度的物理意义是，当速度梯度为1单位时，在单位面积上由于流体黏性所产生的内摩擦力的大小。显然，流体黏度越大，流动时产生的内摩擦力也越大

7、，流体流动时能量损失也越大。黏度单位可由上式得到，在SI制中，黏度的单位为“帕.秒”，用符号“Pa.s”表示；在文献中黏度数据以物理单位制（cgs制）表示，在cgs制中，黏度的单位为“泊”或“厘泊”，用符号P或cP表示,1P=100cP，黏度各单位之间的换算关系为1Pa.s=1000mPa.s=10P=1000cP。1.1.2流体粘度的定义及单位牛顿流体中，τ与速度梯度du/dy成正比，比例常数μ与流体的种类有关。从牛顿