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1、 技师职业技能鉴定技师职业技能鉴定基础知识培训大纲基础知识培训大纲 1.流体力学流体力学1.1流体静力学性质及基本概念流体静力学性质及基本概念1.2流体静力学基本方程流体静力学基本方程1.3流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用1.4流体动力学性质及基本概念流体动力学性质及基本概念1.5流体动力学基本方程流体动力学基本方程1.6流体的流动形态及流动阻力流体的流动形态及流动阻力 第一节第一节 基本概念基本概念 一、国际单位制及单位换算一、国际单位制及单位换算 1 1、国际单位制（、国际单位制（SISI制）制） 长度长度 米米 m 质量质量 千克千克 kg 时间时间 秒秒 s 温度温
2、度 开尔文开尔文 K 力力 牛顿牛顿 N 压强压强 帕斯卡帕斯卡 Pa（N/m2） 热量热量 功功 焦耳焦耳 J J（N Nm m） 能能 功率功率 瓦特瓦特 W W（J/SJ/S） 物质的量物质的量 摩尔摩尔 molmol 2 2、工程单位制、工程单位制 温度：温度： 力：力： kgf 1 kgf =9.81Nkgf 1 kgf =9.81N 热量：热量： Kcal 1 Kcal =4.187KJKcal 1 Kcal =4.187KJ3 3、单位换算举例单位换算举例 将将 5 5g/cmg/cm3 3换算成换算成kg/mkg/m3 3 5 51010-3-3/10/10-6-6=5 =5
3、10103 3 kg/mkg/m3 3 20？KT=t+273.15=20+273.15=293.15K二、流体的主要物理量二、流体的主要物理量1.1.流体：液体和气体的总称叫流体流体：液体和气体的总称叫流体2.2.密度：密度：密度：单位体积流体所具有的质量密度：单位体积流体所具有的质量 定义式：定义式：=m/V =m/V 单位：单位：kg/mkg/m3 3 影响因素：温度、压力影响因素：温度、压力液体密度只随温度而变液体密度只随温度而变气体密度随温度和压力而变气体密度随温度和压力而变温度升高，气体和液体的密度都温度升高，气体和液体的密度都降低降低密度的计算密度的计算 液体密度的计算：液体密度
4、的计算：m=Vm=V V= m/ V= m/ 例：求例：求293293K K、98%98%硫酸硫酸1010t t的体积为的体积为多少多少m m3 3？ 已知：已知： 293 293K K、98%98%硫酸硫酸的密度为：的密度为：18361836kg/mkg/m3 3 解：解：m=10t=10m=10t=1010103 3kgkg 则：则：V=m/=10V=m/=104 4 /1836=5.44 m /1836=5.44 m3 3气体密度的计算气体密度的计算理想气体状态方程理想气体状态方程 PV=nRTPV=nRT n=m/M n=m/M M M分子量分子量 kg/kmol kg/kmol （千
5、摩尔质量）千摩尔质量） PV=m/M RTPV=m/M RT PM=m/V RT PM=m/V RT PM=RTPM=RT =PM/RT =PM/RT kg/mkg/m3 3P PKPaKPaV Vm m3 3M Mkg/kmolkg/kmolR R8.314kJ/ kmol 8.314kJ/ kmol K KT TK K 求：甲烷在求：甲烷在320K和和0.5MPa时的时的密度？（密度？（ CH4 ）解：解： =PM/RT =PM/RT =0.5 =0.51000100016/16/（8.3148.314320320） =3 =3 Kg/mKg/m3 3（3）相对密度（比重）相对密度（比重）
6、d277T在一在一定温度下，流体密度与定温度下，流体密度与4时水的密时水的密度之比。度之比。 d=/水 即即 =1000d 当温度升高时，液体、气体的密度都降低当温度升高时，液体、气体的密度都降低如如:100时饱和水密度为时饱和水密度为958 kg/m3，4时水时水的密度为的密度为1000 kg/m3，则则100时水的相对密度时水的相对密度为为 ，比重为，比重为 。（4）比容）比容单位质量流体所占有的体积。单位质量流体所占有的体积。v=1/ 0.9580.9583.3.压强（压力）压强（压力）流体垂直流体垂直 作用于作用于单位面积单位面积上的力，上的力，也称为流体的静压力。也称为流体的静压力。
7、 单位：单位：MpaMpa、 kpa kpa、PaPa 压力的大小还可以用液柱高度表示：压力的大小还可以用液柱高度表示： mmHg、mH2O 即：即：P=gh，若液体一定，若液体一定， g为常数为常数 则：则：P可用液柱高可用液柱高h来表示来表示 液体的压强等于该液柱作用于其液体的压强等于该液柱作用于其底部单位面积上的重力底部单位面积上的重力 为了便于计算，要记住压力单位换为了便于计算，要记住压力单位换算关系：算关系： 1atm =1.013105Pa=760mmHg =10.33mH2O=1.033kgf/cm21mmHg= Pa1mH2O=9.8103Pa1kgf/cm2=9.81 104
8、Pa133.31at=1kgf/cm2=9.807104N/m2=735.6mmHg=10mH2O 4. 4. 表压、真空度、绝压的表压、真空度、绝压的概念及相互关系概念及相互关系绝压绝压设备内的真实压力，或以设备内的真实压力，或以 绝对零压为起点计算的压力。绝对零压为起点计算的压力。表压表压压力表上的压力值，即设压力表上的压力值，即设 备内流体真实压力与设备外备内流体真实压力与设备外 大气压之差。大气压之差。真空度真空度真空表上的度数，设备真空表上的度数，设备 内的压力比大气压低时采用内的压力比大气压低时采用。绝对压力绝对压力= =大气压大气压+ +表压表压真空度真空度= =大气压大气压-
9、-绝对压强绝对压强 某容器某容器真空表真空表的读数为的读数为6060kPa,kPa,则容器内实际压力为（则容器内实际压力为（ ).). 某容器某容器压力表压力表的读数为的读数为500500kPakPa，则容器内实际压力为（则容器内实际压力为（ ）41.341.3kPakPa601.3601.3kPakPa例：例： 某设备进出口压力表的读数分别为某设备进出口压力表的读数分别为2020mmHgmmHg（真空度）和真空度）和500500mmHgmmHg（表压），表压），求：两处的绝对压力差？求：两处的绝对压力差？ 分别用分别用mmHgmmHg和和PaPa表示表示 （520520mmHgmmHg、69
10、316Pa69316Pa）在进行压强值换算与压强差的计算时，必须注意单位的一致性。在进行压强值换算与压强差的计算时，必须注意单位的一致性。1.压力的单位及换算练习压力的单位及换算练习： 640mmHg=( )Pa 8.5mH20=( )N/m2 2kgf/cm2=( )Pa8.53 1048.34 10419.62 1042、某液体的相对密度为、某液体的相对密度为1.25，其密，其密度为（度为（ ）。）。1250 kg/m3三、流体静力学基本方程三、流体静力学基本方程 研究静止状态下流体受力的平衡规律研究静止状态下流体受力的平衡规律1、流体静力学基本方程流体静力学基本方程gZ1+P1/= gZ
11、2+P2/结论：结论：在静止的液体中，液体任在静止的液体中，液体任 一点的压力与液体一点的压力与液体密度密度和和 其其深度深度有关。有关。 静止的、连通的、同一种静止的、连通的、同一种 液体在同一水平面上的压液体在同一水平面上的压 力相等。力相等。 四、流量、流速、稳定流动的四、流量、流速、稳定流动的 连续性方程连续性方程1 1、流量、流量 （1 1）体积流量体积流量：单位时间内流过：单位时间内流过管路任一截面的流体的体积管路任一截面的流体的体积用用 Q Qs s和和 Q Qh h表示，单位：表示，单位：m m3 3/s,m/s,m3 3/h/h （2 2）质量流量质量流量: :单位时间内流过
12、管单位时间内流过管路任一截面的流体的质量路任一截面的流体的质量用用 W Ws s和和 W Wh h表示，单位：表示，单位：kg/s,kg/hkg/s,kg/h （3 3）二者关系）二者关系: : W=QW=Q2 2、流速流速u u单位时间内流体在流单位时间内流体在流 动方向流过的距离动方向流过的距离 定义式：定义式：u=Qs/Au=Qs/A 单位：单位：m/sm/s 圆形管路：圆形管路： 管道中流速的分布规律：管道中流速的分布规律：常温常压下，液体流速：常温常压下，液体流速：1 13 3 m/sm/s 气体流速：气体流速：101020 20 m/sm/s3 3、稳定流动的连续性方程、稳定流动的
13、连续性方程 （1 1）稳定流动：稳定流动：流体在流动时，流体在流动时，任一截面处的流速、流量和压强任一截面处的流速、流量和压强等与流动有关的物理量，只随位等与流动有关的物理量，只随位置而变，而不随时间而变，这种置而变，而不随时间而变，这种流动称为稳定流动。流动称为稳定流动。 （2 2）稳定流动的连续性方程：）稳定流动的连续性方程： 质量守衡定律质量守衡定律稳定流动的管路中，流体流稳定流动的管路中，流体流经各截面的质量流量相等经各截面的质量流量相等 连续性方程：连续性方程：W1=W2因为：因为：W=Q=uA 所以：所以： u1A 11= u2A22液体可视为不可压缩流体，液体可视为不可压缩流体，
14、即：即： 1= 2 则：则： u1A 1= u2A2对于圆形截面的管子，对于圆形截面的管子，u u1 1 、u u2 2流速流速d d1 1 、d d2 2管径管径即：流速与管径的平方成反比即：流速与管径的平方成反比 例例1：水连续由粗管流入细管：水连续由粗管流入细管作稳定流动，粗管的内径为作稳定流动，粗管的内径为80mm，细管的内径为细管的内径为40mm，水在细管水在细管内的流速为内的流速为3m/s ,求：水在粗管内求：水在粗管内的流速？的流速？（0.75 m/s ）例例2：用内径：用内径50mm的管道来输送的管道来输送98%的硫酸（的硫酸（293K），），要求输送量要求输送量为为12.97
15、t/h，硫酸的密为硫酸的密为1836Kg/m3，试求该管道中硫酸的流量和速度。试求该管道中硫酸的流量和速度。Qs=Ws/=12.971000/36001836=1.9610-3 m3 / su=Qs/A= 1.9610-3 /0.785（0.05）2=1m/s例例3：某流体在内径为：某流体在内径为d 的管路中的管路中作稳定流动，其平均流速为作稳定流动，其平均流速为u，若若管径缩小一半，则流速将为原来管径缩小一半，则流速将为原来的多少倍？的多少倍？（4倍）倍）五、柏努利方程式五、柏努利方程式 机械能衡算机械能衡算1 1、流体流动的机械能、流体流动的机械能位能：位能：流体在重力的作用下，因质量流体
16、在重力的作用下，因质量中心高于某一基准面而具有的能量。中心高于某一基准面而具有的能量。动能：动能：由于流体有一定的流速而具有由于流体有一定的流速而具有的能量的能量静压能：静压能：由于流体有一定的压强而具由于流体有一定的压强而具有的能量有的能量2、柏努利方程式柏努利方程式输入管路总能量输入管路总能量=输出管路总能量输出管路总能量 外加能量外加能量; 损失能量损失能量 柏努利方程式：柏努利方程式：以质量为基准：以质量为基准： 以单位重量流体为基准将式中各项以单位重量流体为基准将式中各项除以除以g，则得则得: 如附图所示，高位槽水面保持稳定，水面距水如附图所示，高位槽水面保持稳定，水面距水管出口为管
17、出口为5m，所用管路为所用管路为1084mm钢管，若管钢管，若管路压头损失为路压头损失为4.5m，求该系统每小时的送水量。求该系统每小时的送水量。 解：取水槽液面为解：取水槽液面为1-1截面，水管出截面，水管出口为口为2-2截面，并以出口管中心线为截面，并以出口管中心线为基准水平面，列出截面基准水平面，列出截面1-1和和2-2间的间的柏努利方程柏努利方程 已知h1=5m,h2=0 p1=p2=0(表压)， u1=0,He=0,hf=4.5m,解得：U2=3.13m/s 六、流体阻力六、流体阻力使静压力下降使静压力下降 1 1、流体的粘度、流体的粘度: :表示流体粘性大表示流体粘性大小的物理量，
18、是流体物理性质之一。小的物理量，是流体物理性质之一。在相同情况下，粘度越大，阻力越在相同情况下，粘度越大，阻力越大，损失的能量越多。大，损失的能量越多。产生流体阻力的原因：产生流体阻力的原因：内摩擦力的内摩擦力的存在和流动状况。存在和流动状况。粘度大的流体应选用较小的流速粘度大的流体应选用较小的流速2 2、粘度的单位、粘度的单位国际单位制：（国际单位制：（PaPa.s).s) 影响因素：影响因素：温度，压力的影响温度，压力的影响可忽略。可忽略。液体的粘度随温度的升高而减小，液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随温度升高而增大。气体的粘度随温度升高而增大。3 3、流体流动类型：层流、流体流动
19、类型：层流( (层流）和层流）和湍流（紊流）湍流（紊流）判据：雷诺数判据：雷诺数ReRe Re=du/ Re=du/ Re2000 Re2000 层流层流 Re4000 Re4000 湍流湍流层流层流湍流湍流例：例：293K的水在内径的水在内径50mm的管的管中流动，已知其流速为中流动，已知其流速为2m/s，试试判断其流动类型。判断其流动类型。解：已知解：已知d=0.05m,u=2m/s293K时水的时水的=998kg/m3=1.005=1.0051010-3 -3 PaPa.s.s则：则： Re=du/Re=du/ =0.05 =0.052 2998/ 1.005998/ 1.0051010
20、-3-3 4 4、流体阻力、流体阻力 直管阻力直管阻力 流体阻力流体阻力 管路阻力管路阻力 局部阻力局部阻力、 5.流体阻力的计算流体阻力的计算（1）直管阻力的计算）直管阻力的计算 由于内摩擦而造成的压头损失。由于内摩擦而造成的压头损失。 h直直=(l/d) (u2/2g) m l-直管的长度，直管的长度，m d-直管的内径，直管的内径，m u2/2g-流体的动压头，流体的动压头， m -比例系数，称为摩擦系数比例系数，称为摩擦系数 滞流时，滞流时， 与与ReRe成直线关系，成直线关系， =64/ ReRe例：例：有一段长150m、内径38mm的塑料管道，用来输送蒸馏水，设已知流速为1m/s，
21、水的密度996Kg/m3,粘度1mPa.s，试求这段管道的压头损失和压强降。解：已知解：已知l=150m,d=0.038mu= 1m/s,= = 996Kg/m3,= = 1mPa.sRe=du/=0.038*1*996/(1*10Re=du/=0.038*1*996/(1*10-3-3) ) =37848 =0.021h直直=(l/d) (u2/2g)=0.021*(150/0.038)* (1/2*9.81)=4.23mp= p= h直g=4.23*996*9.81=42KPa(2)局部阻力的计算1.当量长度法h局局=(l当当/d) (u2/2g) m则： h损损= (l/d) (u2/2
22、g)+ (l当当/d) (u2/2g) 例：某料液从高位槽流至反应器，已知该溶液的相对密度为1.1，粘度为1mPa.s采用内径106mm的钢管，直管全长20m，管路上有一个全开的闸阀和两个90标准弯头，其流量为31.7 m3/h,求总的压头损失。解：解：u=(31.7/3600)/(0.785*0.1062)=1m/sRe=du/=(0.106*1*1100)/(1 Re=du/=(0.106*1*1100)/(1 *10*10-3-3) ) =1.16*10 =1.16*105 5 查表查表 =0.022 l当当/d 得得=147h损损= (l/d) (u2/2g)+ (l当当/d) (u2/2g) =0.022（20/0.106 +147）（1/2*9.81） =0.376m
