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1、空气流动的流体力学原理,主要内容： 空气的性质 空气管流的速度和风量 空气管流的静压、动压和全压 空气管流的流动阻力和能量损失,1,特选课堂,1 空气的性质,一、空气及其组成 1.空气是一种物质。 2.空气的组成：3部分 a、干洁空气； b、水汽； c、悬浮微粒。（固态微粒、液态微粒） -空气的本底物质(本底浓度,2,特选课堂,1 空气的性质,3.从空气组分是否变化上 a、恒定组分：如氮气、氧气、氩气及稀有气体； b、可变组分：CO2、水汽； c、不定组分：悬浮微粒,3,特选课堂,1 空气的性质,二、空气的密度和重度 1.密度 单位：kg/m3；符号： 如：空气的密度： a=1.2 kg/m3
2、 水的密度： 水=1000 kg/m3 2.重度 单位：N/m3；符号： 如：空气的重度 a=11.77 N/m3,4,特选课堂,1 空气的性质,3、重度和密度的关系： = g 4、重度的工程单位制： kg/m3 如:空气的重度 a=1.2 kg/m3,5,特选课堂,1 空气的性质,三、温度和湿度 1、温度 a、摄氏温度t （） b、绝对温度T （K） 关系：T=273+ t （K,6,特选课堂,1 空气的性质,2、湿度 空气中水汽的含量称为空气的湿度。 a、绝对湿度 单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量即绝对湿度。 单位：kg/kg或kg/m3。 b、相对湿度： 空气中水汽的含量达到在该温
3、度下最大值时的气体状态，称为饱和状态,7,特选课堂,1 空气的性质,在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度， 称为相对湿度,8,特选课堂,1 空气的性质,四、空气的黏滞性 1、现象： 问题：在一倾斜面上分别到上水、油，谁流的快？ 2、黏性定义 流体流动时，在流体内部质点间会产生内摩擦力来阻止 流体的相对运动，这种性质称为黏滞性。 4.黏性的意义 空气的黏滞性是空气流动产生阻力的根本原因,9,特选课堂,1 空气的性质,五、空气的压缩性和膨胀性 1.压缩性 空气受到压强作用体积缩小、密度增大的特性称为空气的压缩性。 2.膨胀性 空气因温度增加而体积增大、密度减小的特性称为空气的膨胀性,1
4、0,特选课堂,1 空气的性质,式中 p空气的绝对压强，N/m2； 空气的密度，kg/m3； R气体常数，对于空气R=287Nm/kgK； T绝对温度，T=273+t，K； t空气的摄氏温度,3.变化规律：理想气体状态方程,11,特选课堂,1 空气的性质,4.空气密度和重度的计算表达式,空气密度,空气重度,12,特选课堂,1 空气的性质,5.可压缩空气和不可压缩空气 空气的压缩性和膨胀性常用重度或密度是否变化来反映。 影响空气重度的因素：温度；压强 可压缩空气：重度数值变化，具有可压缩性和膨胀性 不可压缩空气：重度数值不变化，属于不可压缩空气， 具有液体一样的性质,13,特选课堂,1 空气的性质
5、,6.通风工程上的标准空气 温度20，绝对压强760mmHg，相对湿度50%的空气定义为通风工程上的标准空气： 重度a=11.77N/m3 密度a=1.2kg/m3,14,特选课堂,1 空气的性质,六、空气的压强 1.压强的表示方法 （1）绝对压强 以毫无一点空气存在的绝对真空为基准计算的压强。 （2）相对压强 以当地大气压为基准计算的压强,15,特选课堂,1 空气的性质,绝对压强、相对压强、大气压之间的关系： 相对压强 = 绝对压强 - 大气压,16,特选课堂,绝对压强、相对压强和大气压之间的关系：图1-1,17,特选课堂,1 空气的性质,2.压强的单位 （1）定义单位 N/m2 即压强的国
6、际单位制。N/m2简称帕，符号：Pa。 1 N/m2=1 Pa kg/m2 此单位即压强的工程单位制 1 kg/m2=9.81Pa,18,特选课堂,1 空气的性质,2）液柱高度 毫米汞柱（mmHg） 毫米水柱（mmH2O） 1 mmHg=13.6 mmH2O 1mmH2O=1 kg/m2,19,特选课堂,1 空气的性质,3）大气压 物理大气压（atm） 工程大气压（at.） 1atm=760mmHg=10336 mmH2O=10336 kg/m2 1at.=10000mmH2O=1kg/cm2=9.81104Pa =736 mmHg,20,特选课堂,1 空气的性质,其他常用的压强单位及单位换算
7、关系： 1兆帕（mPa）=106Pa 1千帕（KPa）=1000 Pa 1巴（bar）=105 Pa 1托（Tor）=1 mmHg=133.322 Pa,21,特选课堂,1 空气的性质,例 通风管道某断面上空气的压强为-100mmHg，空气温度 20，当地大气压为760mmHg。求该断面空气的重度,解： 因为：相对压强 = 绝对压强 - 大气压， 所以，-100mmHg的绝对压强为：（760-100）mmHg,N/m3,22,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,一、空气的流动 空气流动原因： 力是改变物体运动状态的原因。由于气体压强的不平衡，因而引起了空气的流动。 1.管流 空气在管道中的流动
8、，简称为管流,23,特选课堂,2空气管流的速度和风量,2. 射流（出风口气流） 空气以一定的速度从管道端头、容器或管道上的条缝、孔口等处流出，在空气中沿气流运动方向形成一股气流，这股气流称为通风射流。 3.汇流 (进风口气流) 空气由管道进口吸入时，进风口附近的空气流形成汇流,24,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,二、流量和平均流速 1.流量 单位时间内通过某有效断面的流体量称为流量。 对于空气就是风量。 表示方式： a.体积流量（Q ）：m3/s b.质量流量（M ）：kg/s,25,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,关系,kg/s,m3/s,26,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,
9、2.平均流速 平均流速是描述管道中空气流速的一个特征值,27,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,以平均流速V 流过某有效断面的流体量Q,式中 Q 管道某断面的体积流量，m3/s； V有效断面的平均流速,m/s； A有效断面的断面面积,m2,28,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,平均流速V的计算,式中 Q 管道某断面的体积流量； V有效断面的平均流速； A有效断面的断面面积,29,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,平均速度V和管道内最大气流速度Umax的关系,30,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,三、连续方程 1.通风管道上，任意两断面： 1-1断面。2-2断面。 空气由1断面流到2
10、断面速度如何变化,31,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,2.从1-1断面流进的空气质量流量M1： M1=Q11= A1V11,从2-2断面流出的空气质量流量M2： M2=Q22= A2V22,32,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,3.根据质量守恒定律： M1= M2 所以有,A1V11 = A2V22 可压缩空气的连续方程,33,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,对于不可压缩空气，密度=常数，则 A1V1 = A2V2 不可压缩空气的连续方程,34,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,不可压缩空气的连续方程可变为,上式表明： 平均流速与断面面积成反比。 即断面积大处流速小，断面积小处流速大,A1V1 = A2V2,35,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,36,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,例 某锥形风管，大端直径为D1=200mm，气流速度V1=10m/s，小端直径为D2=160mm。计算风速V2和管道风量Q 1（m3/s）。 解：因为,37,特选课堂,2 空气管流的速度和风量,Q=AV Q1 =A1V1= 0.31（m3/s,m/s,38,特选课堂
