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1、第一章 流體流動(dòng), 日常生活中,流動(dòng)現(xiàn)象：,煤氣洗滌塔,流動(dòng)現(xiàn)象：, 工業(yè)生產(chǎn)過程中,1.應(yīng)用 *測(cè)定壓強(qiáng)、流速、流量 *流體輸送(機(jī)械能衡算) *流動(dòng)阻力 *管路計(jì)算、設(shè)計(jì) *為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜的 流動(dòng)條件 2.理論基礎(chǔ) 流體靜力學(xué) 流體動(dòng)力學(xué) 動(dòng)量傳遞,本章主要內(nèi)容,1.1 概述,（1）流體：包括液體和氣體 特點(diǎn) ：1）具有流動(dòng)性； 2）受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) （2）連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：將流體視為由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì),流體 宏觀：由大量質(zhì)點(diǎn)組成、彼此無空隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì) 微觀：微觀粒子組成的不連續(xù)介質(zhì),流體質(zhì)點(diǎn) 含大量分子的流體微團(tuán)，具有流體宏觀特性 分子自由程流體質(zhì)點(diǎn)尺

2、寸設(shè)備宏觀尺寸,優(yōu)點(diǎn)： 局限性：,不連續(xù)、一個(gè)一個(gè)分子流過管道。,流體物性及運(yùn)動(dòng)參數(shù)連續(xù)變化， 可用連續(xù)函數(shù)，解決流體力學(xué)問題。,壓力很低的條件下，該假設(shè)不成立。,在10-1 mmHg、15時(shí)，空氣平均自由程48.6mm 若管道直徑小于48.6mm，則空氣流動(dòng)方式：,流體的連續(xù)性假設(shè),例：,法向應(yīng)力：表面力的法向分力， 又稱為壓強(qiáng)(N/) 剪切應(yīng)力：表面力的切向分力 (N/), 表面力：與該流體微元接觸的外界施加于該流體微元的力 特點(diǎn)：接觸力，力的大小與作用的表面積成正比 單位面積上的表面力稱之為應(yīng)力,（3）流體流動(dòng)中的作用力, 質(zhì)量力：不與流體接觸，而施加于流體所有質(zhì)點(diǎn)上的力 特點(diǎn)：非接觸力

3、，力的大小與 質(zhì)量成正比 重力、離心力、慣性力是質(zhì)量力,(4) 流體的密度 點(diǎn)密度,平均密度,幾種變形 比體積 相對(duì)密度,液體密度 校正 氣體密度,壓力不太高，溫度不太低的氣體。 否則，應(yīng)采用真實(shí)氣體狀態(tài)方程。,理想氣體, 液體混合物： （混合前后體積不變）, 氣體混合物：混合前后壓力與溫度變化不大,w - 質(zhì)量分?jǐn)?shù),x-摩爾分?jǐn)?shù),壓力不太高，溫度不太低時(shí)，可用下式計(jì)算,混合物的密度： m (已知純物質(zhì)的密度及混合物的組成),（5）流體的壓縮性 定義：當(dāng)作用在流體上的外力增大時(shí)，流體體積要減小，這種特征稱為流體的壓縮性。 壓縮性系數(shù),：當(dāng)溫度維持不變，壓力每增加一個(gè)單位時(shí)，流體體積的相對(duì)變化量

4、,或,0 可壓縮流體，如氣體,=0 不可壓縮流體，如液體,1.2 流體靜力學(xué),流體靜力學(xué)主要研究流體在靜止?fàn)顟B(tài)下所受的各種力之間的關(guān)系，實(shí)質(zhì)上是討論流體靜止時(shí)其內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律,1.2.1 流體的壓強(qiáng)及其特性 壓強(qiáng)：流體單位表面積上的法向表面力，習(xí)慣上稱為壓力 靜壓強(qiáng)：流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的壓強(qiáng) 平均壓力：,任一點(diǎn)壓力：,流體壓力特點(diǎn) 方向：作用面的內(nèi)法向方向； 點(diǎn)壓力：與測(cè)壓方位無關(guān)； 影響因素：,單位制的使用,要求：使用國(guó)際單位制（SI） 掌握： CGS (物理單位制) 工程單位制(重力單位制) 掌握：?jiǎn)挝粨Q算,壓力單位 1）SI單位 Pa(N/m2)、MPa、KPa 2）常用單位 at

5、(kgf/cm2)、mmHg、mH2O atm、bar(105 Pa),表壓：相對(duì)大氣壓為基準(zhǔn)的壓力（g） P(表)=P(絕)-P(大氣) 絕壓：相對(duì)絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)的壓力（a) P(絕)=P(表)+P(大氣) 真空度：絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)， 大氣壓與絕壓之差 真空度=P(大氣)-(絕),壓力的基準(zhǔn)：,注意： 使用表壓、真空度時(shí)，必須注明 壓力表顯示為表壓,描述：靜止流體內(nèi)部，壓力分布規(guī)律 形式：,1.2.2 流體靜力學(xué)基本方程式,方程的導(dǎo)出 依據(jù)：動(dòng)量守恒定律 1）微元體(控制體)選取 2）受力分析,在Z方向上FZ=0,同理：,上式為流體平衡方程，即歐拉平衡方程,當(dāng)流體所受的質(zhì)量力僅為重力時(shí)：

6、,表明靜止流體在同一水平面上的壓力是相等的,注意：以上方程僅適用于靜止的不可壓縮流體,由上式得：,關(guān)于靜力學(xué)方程的幾點(diǎn)討論 1) 方程的適用條件： 適用于重力場(chǎng)、靜止的、連續(xù)的、不可壓縮流體 對(duì)可壓縮流體，僅適用于壓力變化不大的埸合 當(dāng)存在幾種不互溶的流體時(shí)，分段應(yīng)用靜力方程,等壓面實(shí)例,2) 等壓面 靜止、連續(xù)的均質(zhì)流體，處于同一水平面上的各點(diǎn)壓力相等（等壓面） P0一定，P僅和、h有關(guān) P= P0 + gh P0變化某一數(shù)值，則P改變同樣大小數(shù)值 壓力的可傳遞性,3)靜止流體內(nèi)部，各不同截面上的靜壓能和位能兩者之和為常數(shù) P0 = P-gh P0 = P1- g(Z0-Z1) P0 = P

7、2- g(Z0-Z2) P1+ gZ1 = P2 +gZ2,4) 靜力學(xué)方程的幾種不同形式的意義 P1+ gZ1 = P2 +gZ2,m=J/N,內(nèi)能 機(jī)械能 動(dòng)能 勢(shì)能 位能 靜壓能,流體具有的能量形式,壓力測(cè)量 （1） 測(cè)壓管和氣壓計(jì) 氣壓計(jì),測(cè)壓管 表壓: P = gh,絕壓: P = gh + Pa,Pa = gh,1.2.3 靜力學(xué)方程的應(yīng)用,(2) U形管壓差計(jì) 選基準(zhǔn)面列靜力學(xué)方程 p0 = P1 + gz1 p0 = P2 + gz2 + gR z1 = z2 + R P1 - P2 = ( - )gR ( - ) 小， R大 , P1 - P2 = gR,若一端與大氣相通，則

8、可測(cè)得表壓，（或絕壓） p0 = P1 + gz1 p0 = Pa + gR P1(絕） = gR - gz1 + Pa P1(表） = gR - gz1,P1 - P2 = ( - )gR R = R sin,(3) 傾斜液柱壓差計(jì),dc / da 10 c a且c a（略小） P1 - P2 = (a - c)gR,(4)微差壓差計(jì),P1 - P2 = ( - ）gR 若 則 P1 - P2 = gR,(5) 倒U形管壓差計(jì),注意：壓差的計(jì)算，均從等壓面入手。,目的： （1）恒定設(shè)備內(nèi)的壓力， 防止超壓 （2）防止氣體外泄； 水封,液封,液封高度計(jì)：,浮力,問題：受力分析 浮力 = 上、下表面壓力差,作業(yè)：P85 1, 3, 5,