《流体流动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体流动课件（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 流体流动Fluid Flown概述n1.1 流体的物理性质n1.2 流体静力学基本方程式n1.3 流体流动的基本方程n1.4 流体流动现象n1.5 流体在管内的流动阻力n1.6 管路计算n1.7 流量测量下一页流体流动课件概述流体的概念流体的概念连续介质模型连续介质模型应用应用 流体输送，参数测量，强化传热、传流体输送，参数测量，强化传热、传质质研究方法研究方法Euler法法 固定空间点，控制体体积、位固定空间点，控制体体积、位置固定，输入、输出控制体的物理量随时置固定，输入、输出控制体的物理量随时间变化间变化Lagrange法法 固定流体质点，质量恒定，固定流体质点，质量恒定，位置、
2、体积随时间变化位置、体积随时间变化上一页下一页返 回流体流动课件1.1 流体的物理性质n1.1.1 流体的密度流体的密度定义：定义：物性参数：结构，温度，压强物性参数：结构，温度，压强液体：不可压缩流体，气体：可压缩流体液体：不可压缩流体，气体：可压缩流体气体的密度气体的密度上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质液体混合物的密度液体混合物的密度气体混合物的密度气体混合物的密度上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质n1.1.2 流体的粘度流体的粘度1 牛顿粘性定律牛顿粘性定律黏性：阻碍流体运动的特性黏性：阻碍流体运动的特性物理本质：分子间的引力以及分子的运动和碰撞，物理本质：分子
3、间的引力以及分子的运动和碰撞，是分子微观运动的一种宏观表现是分子微观运动的一种宏观表现内摩擦力内摩擦力(剪切力剪切力,黏性摩擦力黏性摩擦力)上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质 内摩擦应力或剪应力内摩擦应力或剪应力上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质2 流体的粘度流体的粘度定义定义单位单位物理意义物理意义产生单位速度梯度的剪应力产生单位速度梯度的剪应力上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质运动粘度运动粘度混合物的粘度混合物的粘度 气体气体 液体液体上一页下一页流体流动课件1.1 流体的物理性质物性参数：结构，温度，压强物性参数：结构，温度，压强 气体：温度升高，粘度
4、增大气体：温度升高，粘度增大 液体：温度升高，粘度减小液体：温度升高，粘度减小3 理想流体理想流体定义：粘度为定义：粘度为0的流体的流体应用：简化问题应用：简化问题上一页下一页返 回流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式n1.2.1 静止流体的压力静止流体的压力定义定义单位单位上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式表示方法表示方法 表压强绝对压强大气压强表压强绝对压强大气压强 真空度大气压强绝对压强真空度大气压强绝对压强上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式n1.2.2 基本方程式基本方程式方程的建立（方程的建立（Euler法）法）流体平衡微分方程流体平衡微分方程
5、上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式讨论讨论 1在静止的、连续的、同一种液体内部，等在静止的、连续的、同一种液体内部，等压面为水平面压面为水平面 2静止液体液面上的压强能以同样大小传递静止液体液面上的压强能以同样大小传递到液体内部到液体内部 3压强是深度的函数压强是深度的函数 4压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但要注明是何种液体但要注明是何种液体 5单位：能量，称为静压能，位能。静止流单位：能量，称为静压能，位能。静止流体内部的能量守恒与转化体内部的能量守恒与转化上一页下一页流体流动
6、课件1.2 流体静力学基本方程式v例例13上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式n1.2.3 静力学方程式的应用静力学方程式的应用1 压强与压强差的测量压强与压强差的测量U管压差计管压差计上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式倾斜液柱压差计倾斜液柱压差计上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式微差压差计微差压差计上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式v例例14 例例15上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式v例例16上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式2 液位的测量液位的测量上一页下一页流体流动课件1.2 流体
7、静力学基本方程式v例例17上一页下一页流体流动课件1.2 流体静力学基本方程式3 液封高度的计算液封高度的计算v例例18 例例19上一页下一页返 回流体流动课件1.3 流体流动的基本方程1.3.1 流量与流速流量与流速上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程v例例1101.3.2 稳态流动与非稳态流动稳态流动与非稳态流动上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程n1.3.3 连续性方程连续性方程上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程v例例111n1.3.4 柏努利方程式柏努利方程式1 流动系统总能量衡算流动系统总能量衡算内能内能机械能：位能，动能机械能：位能，动能
8、 静压能静压能上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程2 机械能衡算式与柏努利方程式机械能衡算式与柏努利方程式 1）机械能衡算式）机械能衡算式下一页上一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程 2）柏努利方程式）柏努利方程式上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程3 柏努利方程式的讨论柏努利方程式的讨论（1）稳态流动，非稳态流动的瞬时）稳态流动，非稳态流动的瞬时（2）有效功率和轴功率）有效功率和轴功率（3）可压缩流体取密度的平均值）可压缩流体取密度的平均值（4）静止流体）静止流体上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本
9、方程（5）不同衡算基准下的柏努利方程式）不同衡算基准下的柏努利方程式上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程n1.3.5 柏努利方程式的应用柏努利方程式的应用1 解题要点解题要点 作图，确定衡算范围作图，确定衡算范围 截面的选取截面的选取 基准水平面的选取基准水平面的选取 两截面上的压强两截面上的压强 单位必须一致单位必须一致上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程2 应用举例应用举例 1）求流量）求流量 2）求设备相对位置）求设备相对位置上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本方程 3）求功率）求功率 4）求压强）求压强上一页下一页流体流动课件1.3 流体流动的基本
10、方程 5）非稳态系统）非稳态系统上一页下一页返 回流体流动课件1.4 流体流动现象n1.4.1 流动类型与雷诺数流动类型与雷诺数1 雷诺实验与雷诺数雷诺实验与雷诺数上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象q雷诺数雷诺数q物理意义物理意义v例例117上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象2 层流与湍流层流与湍流 层流：分层流动，只有轴向速度，层与层间无流层流：分层流动，只有轴向速度，层与层间无流 体质点混合。体质点混合。 湍流：总体轴向流动，径向随机脉动，流体质点湍流：总体轴向流动，径向随机脉动，流体质点 碰撞、混合，产生漩涡碰撞、混合，产生漩涡。层流层流湍流湍流过渡区过渡区v例例11
11、8上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象n1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布流体在圆管内流动时的速度分布1 层流层流上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象2 湍流湍流 层流内层，过渡层，湍流主体层流内层，过渡层，湍流主体上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象n1.4.3 边界层的概念边界层的概念1 边界层的形成边界层的形成原因：流体具有粘性原因：流体具有粘性厚度：厚度：u=0.99us结果：结果：边界层区，边界层区， 存在速度梯度；存在速度梯度；主流区，无速度梯度主流区，无速度梯度上
12、一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象2 边界层的发展边界层的发展1）平板上平板上层流边界层层流边界层湍流边界层湍流边界层过渡区过渡区上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象2）圆管内）圆管内形成形成边界层厚度：管道半径边界层厚度：管道半径层流进口段长度层流进口段长度上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象发展发展层流边界层层流边界层湍流边界层，层流内层厚度湍流边界层，层流内层厚度上一页下一页流体流动课件1.4 流体流动现象3 边界层的分离边界层的分离边界层脱离壁面的现象称为边界层分离边界层脱离壁面的现象称为边界层分离原因：逆压梯度，粘性摩擦原因：逆压梯度，粘性摩擦结果：形体阻力结
13、果：形体阻力局部阻力：局部阻力： 摩擦阻力摩擦阻力 形体阻力形体阻力上一页下一页返 回流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力原因：流体具有粘性，流动时产生内摩擦力原因：流体具有粘性，流动时产生内摩擦力条件：静止的固体壁面条件：静止的固体壁面影响因素：物性参数，流动状况，流道形状影响因素：物性参数，流动状况，流道形状及尺寸及尺寸分类：直管阻力，局部阻力分类：直管阻力，局部阻力上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力n1.5.1 直管阻力直管阻力1 计算通式计算通式上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力2 管壁粗糙度管壁粗糙度上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的
14、流动阻力3 层流时的摩擦系数层流时的摩擦系数4 湍流时的摩擦系数与因次分析湍流时的摩擦系数与因次分析上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力因次分析法因次分析法对描述某一过程或现象的物理量进行因次分析，将对描述某一过程或现象的物理量进行因次分析，将物理量组合为无因次变量，通过实验，确定无因次物理量组合为无因次变量，通过实验，确定无因次变量间的函数关系式变量间的函数关系式白金汉白金汉定理定理任何物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函任何物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数数无因次数群的数目等于物理量数减去基本因次数无因次数群的数目等于物理量数减去基本因次数基本因次基本因次长度
15、长度L，质量质量M，时间时间，温度温度T步骤步骤上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力确定影响因素确定影响因素以函数形式表示以函数形式表示因次分析因次分析上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力实验确定模型参数实验确定模型参数摩擦系数经验公式摩擦系数经验公式摩擦系数图摩擦系数图1）层流区）层流区2）过渡区）过渡区3）湍流区）湍流区4）完全湍流区）完全湍流区5 非圆管的流动阻力非圆管的流动阻力v例例119上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力n1.5.2 局部阻力局部阻力1 阻力系数法阻力系数法1）突然扩
16、大与突然缩小）突然扩大与突然缩小2）进口与出口）进口与出口3）管件与阀门）管件与阀门上一页下一页流体流动课件1.5 流体在管内的流动阻力2 当量长度法当量长度法n1.5.3 总能量损失总能量损失上一页下一页返 回流体流动课件1.6 管路计算基本关系式基本关系式连续性方程连续性方程柏努利方程柏努利方程阻力损失计算式阻力损失计算式管路特性管路特性计算分类计算分类确定功率或位置确定功率或位置 直接计算直接计算确定流速或流量确定流速或流量 迭代计算迭代计算确定管径确定管径 迭代计算迭代计算上一页下一页流体流动课件1.6 管路计算1 简单管路简单管路v例例120 例例121上一页下一页流体流动课件1.6
17、 管路计算2 复杂管路复杂管路并联管路并联管路分支管路分支管路v例例122 例例123上一页下一页流体流动课件1.6 管路计算v例例124上一页下一页返 回流体流动课件1.7 流量测量n1 测速管测速管结构结构上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量流量方程流量方程v例例125上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量n2 孔板流量计孔板流量计结构与流量方程结构与流量方程上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量永久压力损失永久压力损失v例例126上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量n3 文丘里流量计文丘里流量计结构与流量方程结构与流量方程永久压力损失永久压力损失上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量v例例127上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量n4 转子流量计转子流量计结构与流量方程结构与流量方程永久压力损失永久压力损失上一页下一页流体流动课件1.7 流量测量流量修正流量修正1）液体）液体2）气体）气体上一页下一页返 回流体流动课件
