流体力学泵与风机的资料课件 习题

《流体力学泵与风机的资料课件 习题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体力学泵与风机的资料课件 习题（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 1 上篇 流体力学 课程讲义 绪绪 论论 一、 “流体力学”名称简介一、 “流体力学”名称简介 1、概念：、概念： 工程流体力学中的流体， 就是指以这两种物体为代表的气体和液体。 气体和液体都具有 流动性，统称为流体。 2、研究对象、研究对象 流体力学是力学的一个分支。它专门研究流体在静止和运动时的受力与运动规律。研 究流体在静止和运动时压力的分布、流速变化、流量大小、能量损失以及与固体壁面之间 的相互作用力等问题。 3、应用、应用 流体力学在工农业生产中有着广泛的应用，举例。 4、流体力学的分支、流体力学的分支 流体力学的一个分支是液体力学或叫水力学。 它研究的是不可压缩流体的力学规律。

2、另 一分支是空气动力学，研究以空气为代表的可压缩流体力学，它必须考虑流体的压缩性。本 书以不可压缩流体为主，最后讲解与专业相关的空气动力学部分的基础内容。 一般来说，流体力学所指的范围较为广泛，而我们所学习的内容仅以工程实际需要为 限，所以叫“工程流体力学” 。 二、学科的历史与研究方法简介二、学科的历史与研究方法简介 1、学科历史、学科历史 流体力学是最古老的学科之一，它的发展经历了漫长的年代。 例：我国春秋战国时期，都江堰，用于防洪和灌溉。 秦朝时，为了发展南方经济，开凿了灵渠， 隋朝时开凿了贯穿中国南北，北起涿郡(今北京)，南至余杭(今杭州)的大运河，全长 1782km，对沟通南北交通发

3、挥了很大作用，为当时经济的发展做出了贡献。 在国外，公元前 250 年，古希腊学者阿基米德就发表了论浮体一文。 到了 18 世纪，瑞典科学家 DanielBernoulli 伯努利(17001782)的水动力学或关于流 体运动和阻力的备忘录奠定了流体力学的基础。 2、研究方法、研究方法 2 一方面，以理论方程为主线，将流体及受力条件理想化，忽略次要影响因素，建立核心 方程式。在这方面最有代表性的就是伯努利于 1738 年建立的能量方程。 另一方面，采取实验先行的办法。开始了实用水力学的研究，在一系列实验理论的指导 下，对理论不足部分反复实验、总结规律，得到经验公式和半经验公式进行补充应用。在这

4、 方面最有代表性的是尼古拉兹实验、莫迪图等。理论研究和实验两方面的相互结合，使工程 流体力学发展成为一门完善的应用科学。 三、本课程在热力发电厂中的作用三、本课程在热力发电厂中的作用 热力发电厂的生产过程简单的说就是能量转换的过程。 流体是必不可少的中间载体由管 路组成的循环系统中，流动着的水、汽、油、空气、烟气等都是流体。 管路中流体与颜色的关系： 红颜色饱和蒸汽、过热蒸汽； 绿颜色凝结水、给水； 黄颜色油； ， 蓝颜色空气； 黑颜色冷却水、工业水、烟气等。 第一章第一章 流体及其物理性质流体及其物理性质 本章学习目标: 理解流体的主要物理性质：密度、压缩性和膨胀性、粘性、表面张力和毛细现象

5、。 流体的力学性质在日常生活中能感受到，但通过学习应上升到理性。 对物理现象用数学模型来定量描述，以便严格定义，准确计算。概念只有用数学工具准 确计量才能上升为科学。本章涉及的数学知识都是普通的微积分知识。 本章学习内容: 1.1 流体的定义、特征和连续介质假设流体的定义、特征和连续介质假设 一、流体的定义和特征一、流体的定义和特征 1、定义：、定义： 通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。 力学的语言：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 3 2、特性、特性 具有流动性和不能保持一定形状的特性 液体和气体除具有上述共同特性外，还具有

6、如下的不同特性： 液体： 很不易被压缩， 以致一定重量的液体具有一定的体积， 液体的形状取决于容器的形状， 并且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自身表面积收缩到最小的特性。所以，当容器的 容积大于液体的体积时，液体不能充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面 (free surface)(或称自由液面)，通常称为水平面(horizontal surface)。 气体：具有很大的压缩性。此外，因其分子距与分子平均直径相比很大，以致分子间的吸引 力微小，分子热运动起决定性作用，所以气体没有一定形状，也没有一定的体积，它总是能 均匀充满容纳它的容器而不能形成自由表面。 二、流体连续介质假

7、设二、流体连续介质假设(fluid continuum hypothesis) 1、定义：、定义：在流体力学中，取流体微团来作为研究流体的基元。所谓流体微团是一块体积为 无穷小的微量流体，由于流体微团的尺寸极其微小，故可作为流体质点看待。这样，流体可 看成是由无限多连续分布的流体微团组成的连续介质。 2、意义、意义 当把流体看作是连续介质后，表征流体性质的密度(density)、速度(velocity)、压强 (pressure)和温度(temperature)等物理量在流体中也应该是连续分布的。这样，可将流体的各 物理量看作是空间坐标和时间的连续函数， 从而可以引用连续函数的解析方法等数学工

8、具来 研究流体的平衡和运动规律。 流体作为连续介质的假设对大部分工程技术问题都是适用的，但对某些特殊问题则不 适用。 1.2 流体的密度流体的密度 一、流体的密度一、流体的密度(fluid density) 1、定义：、定义：单位体积流体所具有的质量称为流体密度，用符号来表示，它的物理意义表示 流体在空间分布的密集程度。 2、公式：、公式： 对于流体中各点密度相同的均质流体(homogeneous fluid)，其密度： V m = （1- 1） 式中 流体的密度，kgm； 4 m流体的质量，kg； V流体的体积，m。 对于各点密度不同的非均质流体(nonhomogeneousfluid)，在

9、流体的空间中某点取包含 该点的微小体积V，该体积内流体的质量为m，则该点的密度为： dV dm V m lim 0v = = （12） 二、流体的相对密度二、流体的相对密度 流体的相对密度是指某种流体的密度与 4时水的密度的比值，用符号 d 来表示。 wf d /= 式中： f 流体的密度，kgm； w 4时水的密度，kgm； 三、影响流体密度的因素（教材第三、影响流体密度的因素（教材第 3 页附表）页附表） 不同种类流体的密度不同，同一种类流体的密度随压力和温度的变化而变化。 四、重度四、重度 1、定义：流体单位体积的重量称为重度。 2、公式： 3、重度和密度关系： = g 1.3 流体的压

10、缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 随着压强的增加，流体体积缩小；随着温度的增高，流体体积膨胀，这是所有流体的 共同属性，即流体的压缩性和膨胀性。 一、流体的膨胀性(fluid expansibilhy) 1、定义：在一定的压强下，流体的体积随温度的升高而增大的性质称为流体的膨胀性。 2、表示方法： 流体膨胀性的大小用体胀系数 v 来表示，它表示当压强不变时，升高一个单位温度所 引起流体体积的相对增加量，即 V dV dt 1 v = 式中： v 流体的体胀系数，1，1K； dt流体温度的增加量，K； 3 m N V G = 5 V原有流体的体积，m； dV流体体积的增加量，m 。 3、影响体胀

11、系数 v 的因素 液体的体胀系数 v 很小， 流体体胀系数 v 与压强和温度有关。对于大多数液体，ov 随压强的增加稍为减小。水 的 v 在高于 50时也随压强的增加而减小，只有在低于 50时随压强的增加而增大。 4、液体膨胀性对于热电厂的意义 二、流体的压缩性二、流体的压缩性(fluid compressibility) 1、定义：、定义：在一定的温度下，流体的体积随压强升高而缩小的性质称为流体的压缩性。 2、表示方法：、表示方法：流体压缩性的大小用压缩率来表示。它表示当温度保持不变时，单位压强 增量引起流体体积的相对缩小量，即 V dV dp 1 = (1- 5) 式中：流体的压缩率，mN

12、； dp流体压强的增加量，Pa； V 流体的原有体积，m； dV流体体积的缩小量，m。 由于压强增加时，流体的体积减小，即 dp 与 dV 的变化方向相反，故在上式中加个负 号，以使压缩率永为正值。液体的压缩率很小。 3、液体的压缩性对于电厂的意义、液体的压缩性对于电厂的意义 4、气体的压缩性、气体的压缩性 气体的压缩性要比液体的压缩性大得多， 这是由于气体的密度随着温度和压强的改变将 发生显著的变化。 对于完全气体(perfect gas)， 其密度与温度和压强之间的关系可用热力学中 的状态方程式表示，即 RT P = （16） 式中 P气体的绝对压强，Pa； 气体的密度，kgm； T热力学

13、温度，K； R气体常数，J(kgK)。 6 在工程上，不同压强和温度下气体的密度可按下式计算： 760 p t273 273 0 + = 式中为标准状态(0，760mmHg)下某种气体的密度。如空气的01.293kgm； 烟气的01.34kgm。为在温度 t、压强 p mmHg 下，某种气体的密度。 1.4 流体的黏性流体的黏性 一、流体的黏性一、流体的黏性(fluid viscosity) 1、流体与固体的区别、流体与固体的区别： 从力学角度看， 固体在确定的剪切力的作用下产生固定的变形； 流体在剪切力作用下产 生连续的的变形，即连续运动。 固体变形用虎克定律描述，应力与应变成正比，即 F/

14、A 与成正比。 如何描述流体的连续变形，必须研究粘性。 2、定义、定义：黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。 由流体的力学特点可知， 静止流体不能承受剪切力， 即在任何微小剪切力的持续作用下， 流体要发生连续不断地变形。 但不同的流体在相同的剪切力作用下其变形速度是不同的， 它 反映了抵抗剪切变形能力的差别，这种能力就是黏性。 3、牛顿流体粘性实验、牛顿流体粘性实验 平行平板间充满流体（如水） ，板间距为 h，下部平板固定（相当于容器底部）上部平板在 力 F 的作用下匀速直线运动，速度为 U。 速度分布情况： 与下板接触的流体静止，u=0；与上板接触的流体运动，速度与板的速度相同 u=U，其 间

15、流速线性分布。 结论：结论： 7 1 两板之间的各流体薄层在上板的带动下，都作平行于平板的运动，其运动速度由上向下 逐层递减。 2 由于各流层速度不同，流层间就有相对运动，从而产生切向作用力，称其为内摩擦力。 3 作用在两个流体层接触面上的内摩擦力总是成对出现的，即大小相等而方向相反，分别 作用在相对运动的流层上。 二、牛顿内摩擦定律二、牛顿内摩擦定律 1、定义、定义：运动的流体所产生的内摩擦力(切向力)F 的大小与垂直于流动方向的速度梯度 (velocity gradient)dudy 成正比，与接触面的面积 A 成反比，并与流体的种类有关，而与接 触面上压强 P 无关。 2、内摩擦力的数学

16、表达式、内摩擦力的数学表达式： dy du AF= 式中 F流体层接触面上的内摩擦力，N； A流体层间的接触面积，m； du/dy垂直于流动方向上的速度梯度，1s； 动力黏度(dynamic viscosity)，Pas。 当流体处于静止状态或以相同速度运动(流层间没有相对运动)时，内摩擦力等于零，此 时流体有黏性，流体的黏性作用也表现不出来。 动力粘度越大，表明内摩擦力作用强，粘度对流动影响大 流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力（shear stress） dy du A F = (Pa) 3、运动黏度、运动黏度(kinematicviscosity) 动力黏度与密度的比值; 用符号，表示，即 = (111) 式中