第一章流体流动(1节)
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第一章 流体流动主要内容:流体静力学及其应用;流体流动中的守衡原理;流体流动的内部结构;阻力损失;流体输送管路的计算;流速、流量测量;非牛顿流体的流动。
重点内容:流体静力学基本方程及其应用;连续性方程,柏努利方程及其应用;管内流体流动助力;管路计算。
难点内容:机械能衡算式——柏努利方程;复杂管路的计算。
基本要求:熟练掌握机械能衡算式——柏努利方程, 课时安排:24第一节 流体的重要性质--流体静力学基本概念: 1.流体:具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.连续性介质假定:流体是由连续的流体质点组成的。
3.流体静力学—研究流体处于静止平衡状态下的规律及其应用; 4.流体动力学—研究流体在流动状态下的规律及其应用。
5.不可压缩流体和可压缩流体 一、流体的密度:单位体积流体的质量 ρ=m/V [kg/m 3]重度—工程单位制中,表示密度的单位,其数值与密度相同。
3-⋅m kgf比重—物料密度与纯水(227K )密度之比,其数值的一千倍等于密度的数值。
比容——密度的倒数ρ1=v 。
1.纯流体的密度液体的密度随压强变化小,但随温度稍有变化;气体的密度随压强、温度变化大。
理想气体ρ(t 不太低,p 不太高的气体,可用理想气体状态方程)PV=nRT RT PM V m ==ρ 或004.22TP PT M ⨯=ρ 对t 低,p 高的气体,可用真实气体状态方程计算 2.混合流体的密度(1)液体混合物的m ρ(1kg 基准)∑=iimw ρρ1(假设为理想溶液)ρi 液体混合物中各纯组分的密度。
W i :液体混合物中各组分的质量分率。
(2)气体混合物m ρ(1m 3基准) ii m y ∑=ρρy i :气体混合物中各组分的体积分率。
二、流体的静压强1. 静压强定义:流体垂直作用于单位面积上的压力。
AP p =2. 压强的单位(1)直接按压强定义:N/m 2,Pa (帕斯卡)(2)间接按流体柱表示:m H 2O 柱,mm Hg 柱(3)与大气压作为计量单位:标准大气压(atm),工程大气压(at ) 单位换算:1atm=1.0133×105Pa =760mmHg=10.33m H 2O=1.033kgf/cm 21 at =9.807×104Pa =735.6mmHg= 10m H 2O=1 kgf/cm 23表示压强的基准(1) 绝对压强—以绝对真空为基准测得的压强;(2) 相对压强—以当地大气压为基准测得的压强:表压和真空度p >当地大气压, 表压强=绝对压强-大气压强 p <当地大气压, 真空度=大气压强-绝对压强三、流体静力学基本方程式——研究流体柱内压强沿高度变化的规律 a) 推导:在垂直方向上,力的平衡:p 1绝对真空p 2A=p 1A+G=p 1A+ρgA (Z 1-Z 2) p 2=p 1+ρg (Z 1-Z 2)若Z 1面在水平面上 p 2=p 0+ρgh 2.讨论(1) 静止液体内任一点压强,与深度有关,越深,压强越大;(2) 在静止的、连续的同一液体内,处于同一水平面上的各点,因深度相同,压强也相同;(3) 巴斯葛原理—液面上方p 0发生变化,内部各点压强发生同样的变化。
第一章流体流动液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性,即其抗剪和抗张的能力很小。
流体流动的原理及其流动规律主要应用于这几个方面:1、流体的输送;2、压强、流速和流量的测量;3、为强化设备提供适宜的流动条件。
在研究流体流动时,常将流体视为由无数分子集团所组成的连续介质。
第一节流体静力学基本方程式1-1-1 流体的密度单位体积流体具有的质量称为流体的密度,其表达式为:对于一定质量的理想气体:某状态下理想气体的密度可按下式进行计算:空气平均分子量的计算:M=32×0.21+28×0.78+40×0.01=28.9629 (g/mol)1-1-2 流体的静压强法定单位制中,压强的单位是Pa,称为帕斯卡。
1atm 1.033kgf/cm2760mmHg 10.33mH2O 1.0133bar 1.0133×105 Pa工程上常将1kgf/cm2近似作为1个大气压,称为1工程大气压。
1at1kgf/cm2735.6mmHg10mH2O 0.9807bar9.807×105 PaP(表)=P(绝)-P(大)P(真)=P(大)-P(绝)=-P(表)1-1-3 流体静力学基本方程式描述静止流体内部压力(压强)变化规律的数学表达式称为流体静力学基本方程式。
对于不可压缩流体,常数;静止、连续的同一液体内,处于同一水平面上各点的压强相等(连通器)。
压强差的大小可用一定高度的液体柱表示(必需标注为何种液体)。
1-1-4 流体静力学基本方程式的应用一、压强与压强差的测量以流体静力学基本方程式为依据的测压仪器统称为液柱压差计,可用来测量流体的压强或压强差。
1、U型管压差计2、倾斜液柱压差计(斜管压差计)3、微差压差计二、液位的测量三、液封高度的计算第二节流体在管内流动反映流体流动规律的有连续性方程式与柏努利方程式。
1-2-1 流量与流速单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量。
化⼯原理第⼀章主要内容第⼀章流体流动流体:⽓体和液体统称流体。
流体的特点:具有流动性;其形状随容器形状⽽变化;受外⼒作⽤时内部产⽣相对运动。
质点:⼤量分⼦构成的集团。
第⼀节流体静⽌的基本⽅程静⽌流体的规律:流体在重⼒作⽤下内部压⼒的变化规律。
⼀、流体的密度ρ1. 定义:单位体积的流体所具有的质量,kg/m 3。
2. 影响ρ的主要因素液体:ρ=f(t),不可压缩流体⽓体:ρ=f(t ,p),可压缩流体3.⽓体密度的计算4.混合物的密度5.与密度相关的⼏个物理量⽐容υ⽐重(相对密度) d ⼆、压⼒p 的表⽰⽅法定义:垂直作⽤于流体单位⾯积上的⼒ 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg=9.807×105Pa =1kgf/cm 2 =10mH20 表压 = 绝对压⼒ - ⼤⽓压⼒真空度 = ⼤⽓压⼒ - 绝对压⼒三、流体静⼒学⽅程特点:各向相等性;内法线⽅向性;在重⼒场中,同⼀⽔平⾯上各点的静压⼒相等,但其值随着点的位置⾼低变化。
1、⽅程的推导 2、⽅程的讨论液体内部压强 P 随 P 0 和 h ⽽改变的; P ∝h ,静⽌的连通的同⼀种液体内同⼀⽔平⾯上各点的压强相等;当P 0改变时,液体内部的压⼒也随之发⽣相同的改变;⽅程成⽴条件为静⽌的、单⼀的、连续的不可压缩流体;h=(P-P 0)/ρg ,液柱⾼可表⽰压差,需指明何种液体。
3、静⼒学⽅程的应⽤ (1)压⼒与压差的测量 U 型管压差计微差压差计(2)液位的测定(3)液封⾼度的计算 m Vρ=(),f t p ρ=4.220M =ρ000T p p T ρρ=PM RT ρ=12121n m n a a a ρρρρ=+++1122......m n nρρ?ρ?ρ?=+++mm PM RTρ=1/νρ=41/,gh p p ρ+=0()12A C P P gR ρρ-=-() gz21A B A gR P P ρρρ+-=-第⼆节流体流动的基本⽅程⼀、基本概念(⼀)流量与流速1.流量:单位时间流过管道任⼀截⾯的流体量。