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1、第一章 流体流动 （2）流体动力学,1,工学流体流动流体动力学,1.2 流体动力学,1.2.1 流体的流量与流速 1.2.2 定态流动与非定态流动 1.2.3 定态流动系统的质量守恒 连续性方程 1.2.4 定态流动系统的能量守恒 柏努利方程,2,工学流体流动流体动力学,1.2.1 流体的流量与流速,一、流量 1. 体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。 VS = V/t m3/s 或 Vh = V/t m3/h,3,工学流体流动流体动力学,2. 质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。 wS w/t kg/s或kg/h。 两流量间关系：,（1）,4,工学流体流动流体动力学,
2、m/s,二、流速 1. 流速 （平均流速） 单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。,（2）,5,工学流体流动流体动力学,2. 质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。,kg/（m2s）,流量与流速的关系：,（3）,（4）,6,工学流体流动流体动力学,对于圆形管道：,流量VS由生产确定。,流速选择：,三、管径的估算,7,工学流体流动流体动力学,常用流体适宜流速范围：,水及一般液体 13 m/s 粘度较大的液体 0.51 m/s 低压气体 815 m/s 压力较高的气体 1525 m/s,8,工学流体流动流体动力学,1.2.2 定态流动与非定态流动,非定态流动：流体在各截面上的有关
3、物理量既随位置变化，也随时间变化。,9,工学流体流动流体动力学,定态流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化；,10,工学流体流动流体动力学,定态流动系统,任意截面,连续性方程,（5）,1.2.3 定态流动系统的质量守恒连续性方程,11,工学流体流动流体动力学,不可压缩性流体，,圆形管道 ：,即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比 。,（6）,（7）,12,工学流体流动流体动力学,例1 如附图所示，管路由一段894.5mm的管1、一段1084mm的管2和两段573.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以9103m3/s的体积流量流动，且在两段分支
4、管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。,13,工学流体流动流体动力学,1.2.4 定态流动系统的能量守恒柏努利方程,一、总能量衡算,14,工学流体流动流体动力学,衡算范围：1-1、2-2截面以及管内壁所围成的空间 衡算基准：1kg流体 基准面：0-0水平面,15,工学流体流动流体动力学,（1）内能 贮存于物质内部的能量。 1kg流体具有的内能为U（J/kg）。,（2）位能 流体受重力作用在不同高度所具有的能量。 1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。,16,工学流体流动流体动力学,（3）动能 1kg的流体所具有的动能为 (J/kg),17,工学流体流动流体动力学,（5）热 设换热器向1
5、kg流体提供的热量为 qe (J/kg)。,（6）外功(有效功) 1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We (J/kg)。,18,工学流体流动流体动力学,能量守恒,（8）,19,工学流体流动流体动力学,假设 流体不可压缩，则,(1) 以单位质量流体为基准,hf：1kg流体损失的机械能为（J/kg）,式中各项单位为J/kg。,二、实际流体的机械能衡算,（9）,20,工学流体流动流体动力学,（2）以单位重量流体为基准,（10）,式中各项单位为,21,工学流体流动流体动力学,z 位压头,动压头,He外加压头或有效压头。,静压头,Hf压头损失,22,工学流体流动流体动力学,（3）以单位体积流体为基准
6、,式中各项单位为,（11）,压强损失,23,工学流体流动流体动力学,理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。,（12）,（13）,柏努利方程式,三、理想流体的机械能衡算,24,工学流体流动流体动力学,（1）若流体处于静止，u=0，hf=0，We=0，则柏努利方程变为,说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律 。,四、柏努利方程的讨论,25,工学流体流动流体动力学,（2）理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，即,26,工学流体流动流体动力学,We、Wf 在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。,（3）zg、 、 某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能 ；
7、,有效功率 ：,轴功率 ：,27,工学流体流动流体动力学,28,工学流体流动流体动力学,（4）柏努利方程式适用于不可压缩性流体。 对于可压缩性流体，当 时，仍可用该方程计算，但式中的密度应以两截面的平均密度m代替。,29,工学流体流动流体动力学,管内流体的流量； 输送设备的功率； 管路中流体的压力； 容器间的相对位置等。,利用柏努利方程与连续性方程，可以确定：,五、柏努利方程的应用,30,工学流体流动流体动力学,（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围 ；,（2）位能基准面的选取 必须与地面平行； 宜于选取两截面中位置较低的截面； 若截面
8、不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。,31,工学流体流动流体动力学,（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。,（3）截面的选取 与流体的流动方向相垂直； 两截面间流体应是定态连续流动； 截面宜选在已知量多、计算方便处。,32,工学流体流动流体动力学,例2 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液,管为452.5mm的钢管，要求送液量为3.6m3/h。设料液在管内的压头损失为1.2m（不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？,33,工学流体流动流体动力学,例3 在453mm的
9、管路上装一文丘里管，文丘里管的上游接一压力表，其读数为5kPa，压力表轴心与管中心的垂直距离为0.3m，管内水的流速为1.5m/s，文丘里管的喉径为15mm。文丘里喉部接一内径为15mm的玻璃管，玻璃管的下端插入水池中，池内水面到管中心的垂直距离为3m。若将水视为理想流体，试判断池中水能否被吸入管中。若能吸入，再求每小时吸入的水量为多少m3/h。,34,工学流体流动流体动力学,35,工学流体流动流体动力学,例4 某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液（密度为1100kg/m3）输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附图所示。泵的入口管为1084mm的钢管，管中的流速为1.2m/s，出口管为763mm的钢管。贮液池中碱液的深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg（不包括喷嘴），在喷嘴入口处的压力为29.4kPa（表压）。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率。,36,工学流体流动流体动力学,20m,1.5m,37,工学流体流动流体动力学,