流体力学基本原理研究教学内容.ppt

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1、流体力学基本原理研究二、流体的特性1、流动性,流体不能承受拉力；2、没有固定形状，形状随容器而变；3、流体流动—外力作用的结果；4、连续性（除高度真空情况）。5、压缩性可压缩性流体—气体不可压缩性流体—液体三、流体所受到的力如重力、离心力等，属于非接触性的力。（2）气体—为可压缩性的流体，通常（压力不太高，温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体状态方程处理。第一节流体静力学基本方程式研究外力作用下的平衡规律一、密度1.定义：单位体积流体所具有的质量。ρ=m/V[kg/m3]流体中某点密度：2、影响因素：温度和压力（1）液体—认为不可压缩的流体，与压

2、力无关，温度升高，密度降低。假设混合后总体积不变，（3）混合物的密度1）液体混合物的密度ρm取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:——液体混合物密度计算式2)气体混合物的密度取1m3的气体为基准,令各组分的体积分率为:xvA,xvB,…,xVn,其中:混合物中各组分的质量为：当V总=1m3时，若混合前后,气体的质量不变，当V总=1m3时,——气体混合物密度计算式——理想气体混合物密度计算式在数值上:3.与密度相关的几个物理量1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。2）比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的

3、比值，用d表示。二、流体的静压强SI制单位：N/m2，即Pa。其它常用单位有：atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。1、压强的定义流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强。或换算关系为：2、压强的表示方法1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。2）表压强（表压）：压力上读取的压强值称为表压。3）真空度：真空表的读数绝对压表压真空度绝对零压大气压实测压力实测压力绝压（余压）绝对压强、真空度、表压强的关系为表压＝绝对压-大气压真空度＝大气压-绝对压2、静力学方程的讨论1.流体

4、某一深处的压力与深度和密度有关。2.液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改变且变化值相同（巴斯葛定律）。3.静止的、连续的同一流体内、同一水平面处各点压力相等。(等压面)4.压力或压差可用液柱高度表示。H=（P2-P0）/g3、流体静力学基本方程的应用P1P2（1）压力测定U型管压差计A-A’为等压面PA=PA’PA=P1+g(H+R)PA’=P2+’gR+gHP1-P2=Rg(’-)如测量气体0P1-P2=Rg’一臂通大气?微差压差计—放大读数P1P2aRb特点：（1）内装两种密度相近且不互溶的指示剂；（2）U型管两臂各装扩大室（

5、水库）。P1-P2=（a-b）Rg倾斜液柱压差计R=R1sin(2)液位的测定液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。液柱压差计测量液位的方法：由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。当R＝0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。远距离控制液位的方法：压缩氮气自管口经调节阀通入，调节气体的流量使气流速度极小，只要在鼓泡观察室内看出有气泡缓慢逸出即可。压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度。AB(3)液封高度的计算液封的作用：若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，

6、液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封。若设备内为负压操作，其作用是：液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体静力学基本方程式。pR气体Rp真空表气气水R液封第二节流体在管内的流动一、流量与流速ïïïîïïïíì体积流速质量流速流速点速度，单位：m/s-----关系：îíìsmVskgm3表示，体积流量，用表示，质量流量，用流量v，单位m/s二．稳定流动与不稳定流动流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流动。否则就称为不稳定流动。对于圆形管道三、连续性方程m1=m2m=V=uAu1A11=u2A22=

7、常数对于不可压缩性流体,密度可视为不变u1A1=u2A2------连续性方程圆形管道：u1/u2=(d2/d1)2衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段。衡算基准：1s对于连续稳定系统：11’22’二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验2、雷诺数Re雷诺数的因次：Re是一个没有单位，没有因次的纯数。在计算Re时，一定要注意各个物理量的单位必须统一。雷诺准数可以判断流型流体在圆形直管内流动时：流体的流动类型属于滞流；流体的流动类型属于湍流；可能是滞流，也可能是湍流，与外界条件有关。——过渡区本质区别分层流动质点的脉动圆管内滞流与湍流的比较滞流湍流

8、速度分布平均速度剪应力一、测速管：又称皮托（Pitot）管1、测速