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1、流体力学与传热复习提纲第一章 流体流动1）压强的表示方法 绝对压：以绝对真空为基准的真实压强值 表压：以大气压为基准的相对压强值如果绝对压小于表压，此时表压称为真空度。例题 当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg,则真空度为测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为。2）牛顿粘度定律的表达式及适用条件duT =卩适用条件：牛顿型流体dy一流体粘度3）粘度随温度的变化 液体：温度上升，粘度下降 气体：变化趋势刚好和液体相反，温度上升，粘度增大。4）流体静力学基本方程式 5）流体静力学基本方程式的应用等压面及其条件 静止、连续、同种流体、同一水平面6）连续
2、性方程对于稳定流动的流体，通过某一截面的质量流量为一常数m = p uA =常数s如果流动过程p不变，则Au = Au2 2 1 1如果是圆管，则d 2 u = d 2 u2 2 1 1 因此管径增大一倍，则流速成平方的降低。7）伯努利方程式的表达式及其物理意义、单位 不可压缩理想流体作稳定流动时的机械能衡算式gz1gz2Wf ,1-2gz1对于理想流动，阻力为0，机械能损失为0，且又没有外加功，则1 p1 p+ u 2 +1 = gZ + u 2 +22 1 p 22 2 p物理意义：理想流体稳定流动时，其机械能守恒。注意伯努利方程的几种表达形式和各物理量的单位。例题 如题图所示虹吸装置。忽
3、略在管内流动损失，虹吸管出口与罐底部相平，则虹吸管出口处的流速8）流型的判据 流体有两种流型：层流，湍流。层流：流体质点只作平行管轴的流动，质点之间无碰撞； 湍流：流体质点除了沿管轴作主流运动外，在其它的方向上还作随机脉动，相互碰撞 流型的判据：Re = dpuRe4000，流体在管内湍流，为湍流区；9）流体在圆管内层流时的速度分布 层流时流体在某一截面各点处的速度并不相等，在此截面上呈正态分布。u =PR 2（1 -二）r 4PlR 2在管中心处的流速最大，其最大流速与平均流速之间的关系：1u = u2 c10）直管阻力损失的通式 流体流经水平均匀的直管，p - pY W = 12 （静压能
4、的减小）f ,1- 2pW =X丄竺（范宁公式）f d 2范宁公式的三种表达形式（压力损失、阻力损失、压头损失）11）直管内层流时的阻力损失32PluAp =f d 2 由直管内层流时的阻力损失，可得直管内层流时的摩擦系数：64人 Re例题 已知某油品在园管中稳定流动，其Re=1000。已测得管中心处的点速度为0.5m/s，则 此管截面上的平均速度为m/s。若油品流量增加一倍，则每米直管的压头损失为原损失的倍。（久和流速液有关系）例题 米糠油在管中作层流流动，若流量不变 u,d不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失 d, l不变，油温升高，粘度为原来的1/2，则摩擦阻力损 答：根据哈根-泊谡叶方程
5、Ap = 32徑d212) 总阻力损失流体流通直管时存在阻力损失，流通管件、设备时，也存在阻力损失。EWf/ + El u 2/u 2=九e=（九+ EC ）d 2 d 2工C为局部阻力系数，突然扩大时，Z=1；突然缩小时，Z=0.5o13 )管路计算利用连续性方程、机械能衡算式、范宁公式、静力学方程式，计算流速、流量、轴功率等14 )流速和流量的测量仪器 皮托管、孔板、转子流量计三种常见的流量计 皮托管特点：1测量的是某一点的流速，而不是管截面的平均流速 2皮托管平行于管轴放置3 内管口正对流体，外管壁的小孔与流动方向垂直4 属变压头流量计孔板流量计特点：1 测量孔口处的流速2. 利用孔板处
6、静压能的不同测量流速、流量，属变压头流量计3. 孔板流量计流速的计算公式：,2Rg(p - p)u = C o00、pC0为流量系数转子流量计特点：1 . 倒锥形的玻璃管2. 测量时转子上下截面的压差不随流量变化，但截面却发生变化，属变截面的流量计3. 读数读最大投影面积处4. 转子流量计用20r水或者20C、latm下的空气进行标定，如果测量其它流体或者非此 状态下的空气，需要重新标定。例题用泵将密度为850kg/m3，粘度为019OPas的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬 高度为20m。输送管路为d108X4mm钢管，总长为1000m (包括直管长度及所有局部阻 力的当量长度)。管路上装
7、有孔径为80mm的孔板以测定流量，其油水压差计的读数R=500mm。孔流系数C0=062，水的密度为1000kgm3。试求：(1) 输油量是多少 m3/h？(2) 若泵的效率为055，计算泵的轴功率。解：孔径处流速850u = C= 0.622 %。5 %(1000亘=0.816m/ s0 0兀V = u d 2 = 0.816 x 0.785 x 0.082 x 3600 = 14.76m 3 / h 0 4在贮油池液面11与高位槽液面22 间列柏努利方程式,并以截面11为基准水平面，gZ + 住 + 匕 + W 二 gZ + 竺 + 邑 + s W12 p e 22 pf其中 Z 二 0
8、Z 二 20m12P 二 P 二 0 u 二 u1 2 1 2将上列数值代入柏努利方程式，并整理得W = 9.81x20十丫 Wef管内油流速Re =280 1= 0.816x100 丿2=0.522m / s0.1 x 0.522 x 850019=234 2000为层流一 Re=0274工f呼三=gj呢W = 9.81x 20 + 373.3 = 569.5J /kg epVWN = 一e = 3609We n(注意：管径为 108-4*2=100 mm)例题 用泵将20C水从敞口贮槽送至表压为15X 105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变, 各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为(H0
9、8X4mm的无缝钢管，吸入管长为20m,排 出管长为100m (各段管长均包括所有局部阻力的当量长度)。当阀门为3/4开度时，真空表 读数为42700Pa，两测压口的垂直距离为05m,忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为002。试求：阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；“(2) 压强表读数(Pa)；(3) 泵的压头(m)；(4) 若泵的轴功率为10kW，求泵的效率；(5) 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。厂16m解：(1)阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；在贮槽液面0-0与真空表所在截面1T间列柏努利方程。以0-0截面为基准水平面,有：u 2 p u 2 pz +
10、4 +4 = z + + i + 厶 h02gpgi2 gpgf4i其中，工 h 二九.1 + 1 -二二 0.02 x -20 x红二 0.204u 2,f ,0-1d 2 g0.1 2 x 9.81i=0,u=0,p=0 (表压)，z=3m,p=-42700Pa(表压)0 0 0 1 1兀代入上式，得：u=2.3m/s Q= d 2u = 65m3 / h14(2)压强表读数( Pa)；在压力表所在截面2-2与容器液面3-3间列柏努利方程。仍以0-0截面为基准水平面, 有：z +吆+冬二z2 2gpg33.5+2.322g+21000 g二 16 + 0 +1.5 x 1051000 x
11、g+ 0.02 x100x0.12.322 x 9.81解得，P2=323XlPa (表压)( 3)泵的压头( m)；在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得H 二(z - z ) + P 2 - P1 + H21p gf=0.5 +3.23 x 105 + 0.427 x 1051000 x 9.81+0=37.8m4) 泵的有效功率Ne 二HQp10237.8 x 65 x 10003600 x 102=6.687kw故耳二 Ne / N 二 66.87%5) 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄漏。第二章 流体输送机械1 )离心泵的工作原理 离心泵的主要部件是固定的泵壳
12、和旋转的叶轮。叶轮高速旋转，在离心力的作用下，液体从 叶轮中心甩向外周。此时液体静压提高流速也提高，流体进入这个泵壳后，流道逐渐增大， 流速逐渐减小，部分动能转化为静压能。这样泵出口处液体具有较高的静压能排入管路。2 )气缚及气蚀现象的概念、危害及避免措施 气缚：离心泵启动时，如果泵内存有气体，因气体密度小，产生的离心力很小，在叶轮中心 处不能形成足够的低压从贮槽吸入液体，离心泵无法正常工作，这种现象称为气缚。 避免措施：离心泵启动前必须向泵壳灌满液体。气蚀：当泵中心处的压强等于或低于操作温度下液体的饱和蒸气压时，液体会部分气化产生气泡，并流向高压区。在高压区气泡消失，产生局部真空，周围的液体
13、高速冲向原气泡中心， 产生巨大的冲击力，至少会使泵产生巨大的轰鸣声。叶轮和泵壳受到反复的冲击，材料表面 会产生疲劳，甚至蚀点和裂缝，这种现象称为气蚀。 危害：泵的流量、压头和效率明显下降，产生巨大的轰鸣，损坏泵体。避免措施：泵的安装高度适当，保证叶轮中心处的压强高于液体的饱和蒸气压。3）升扬高度的概念和扬程泵的扬程：单位质量流体从泵获得的机械能。 泵的升扬高度：泵的实际吸上高度与排出高度之和。4）离心泵的性能曲线常用的离心泵的性能曲线有：Hqv, p轴qv, nqv曲线。共同特点： 扬程与体积流量的关系中,流量增大,扬程减小 轴功率与体积流量的关系中,流量增大轴功率增大,流量为0 时,轴功率为
14、最小值,但不等 于 0 。效率与体积流量的关系中,流量为0 时,效率为0,流量增大效率先是增大而后下降5）离心泵性能的影响因素密度（密度仅对轴功率有影响）粘度（粘度增大扬程、流量、效率下降，p增大）转速：Q n1 = 1-H1-(n ) =()Q nHn叶轮直径：22Q = D=(D)Q DH=(万)22N1N2n( )3n (N为功率)2液体物性6) 阀门的安装位置及原因*.* (pa-pl)/ P g=Zl+ul 2/2g+hfsPl随工hfs增大而降低泵的吸上高度不仅与允许吸上“真空度” Hs有关，还与泵吸入管内的压头损失有关而工hfs 又与le成正比。为了保证泵在实际操作中不发生气蚀现象要尽量减小吸入管的阻力。这就 要求吸上管路短而直且无调节阀门，以使工hf尽量小。因此，调节流量的阀门一般不装在 吸入管路上，而装在出口管路上。7）离心泵流量调节的方法A. 改变阀门的开度一改变管路特性曲线（He为管路所需的压头）阀门开大，B值减小，工作点下移至M1，流量增大；阀门
