流体流动的基本规律

流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。

如气体和液体。

流体的特征：具有流动性。

即●抗剪和抗张的能力很小；●无固定形状，随容器的形状而变化；●在外力作用下其内部发生相对运动。

在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。

连续性的假设➢流体介质是由连续的质点组成的；➢质点运动过程的连续性。

流体的压缩性不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为不可压缩流体。

可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，则称为可压缩流体。

实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。

但是，如果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流体处理。

流体的几个物理性质1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为ρ——流体的密度，kg/m3；m——流体的质量，kg；v ——流体的体积，m3。

影响流体密度的因素：物性（组成）、T、P通常液体视为不可压缩流体，压力对密度的影响不大（可查手册）互溶性混合物的密度最好是用实验的方法测定，当体积混合后变化不大时，可用下式计算：式中α1、α2、…，αn ——液体混合物中各组分的质量分率；ρ1、ρ2、…，ρn——液体混合物中各组分的密度，kg/m3；ρm——液体混合物的平均密度，kg/m3。

当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：ρ＝M/22.4 kg/m3式中p ——气体的压力，kN/m2或kPa；T ——气体的绝对温度，K；M ——气体的分子量，kg/kmol；R ——通用气体常数，8.314kJ/kmol·K。

气体密度也可按下式计算上式中的ρ＝M/22.4 kg/m3为标准状态（即T0=273K及p=101.3kPa）下气体的密度。

在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气体状态方程式计算。

气体混合物: 当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍可用上述公式计算气体的密度。

流体流动规律
流体流动规律是研究流体运动规律的科学领域。

根据流体力学原理，流体在流动过程中遵循一些基本的规律，这些规律可以总结为以下几个方面：
1. 质量守恒定律：在流体流动过程中，流体的质量保持不变。

即流入单位时间内的质量等于流出单位时间内的质量。

2. 动量守恒定律：在没有外力作用的情况下，流体的动量保持不变。

动量是质量与速度的乘积，根据质量守恒定律和动量守恒定律可以推导出流体中哥万定理和伯努利定理等重要定律。

3. 能量守恒定律：在没有外界能量输入或输出的情况下，流体的总能量保持不变。

能量守恒定律可以用来解释流体流动的能量转化和能量损失等现象。

4. 流体的连续性方程：对一个不可压缩流体来说，流经管道中的流量保持不变，即进口流量等于出口流量。

对于可压缩流体来说，流量的连续性方程可以通过质量守恒定律和流体的状态方程推导得到。

5. 流体的雷诺数：流体的流动性质和流动状态可以通过雷诺数来描述。

雷诺数是流体的惯性力和粘性力的比值，可以用来判断流体的流动状态是层流还是湍流。

这些流体流动规律在工程领域、地球科学、大气科学和生物医学等各个领域中都有广泛的应用。

通过研究和理解这些规律，我们可以更好地预测和控制流体流动行为，从而为科学研究和工程实践提供重要的指导。

流体运动的动力学定律流体运动是自然界中一种常见的现象，它涉及到许多物理定律和原理。

在流体力学领域，有一些基本的动力学定律可以帮助我们理解和描述流体运动的规律。

本文将介绍一些重要的流体力学定律，并探讨其应用。

1. 质量守恒定律质量守恒定律是流体力学中最基本的定律之一。

它表明在任何封闭系统中，质量是不会被创造或者消失的，只会发生转移或者转化。

在流体运动中，质量守恒定律可以用以下公式表示：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，ρ是单位体积内的质量，v是流体的速度矢量，∂/∂t表示对时间的偏导数，∇·表示散度运算符。

这个方程表明质量的变化率等于流入和流出的质量之差。

2. 动量守恒定律动量守恒定律是描述流体运动中动量守恒的重要定律。

它可以用以下公式表示：ρ(∂v/∂t + v·∇v) = -∇P + ∇·τ + ρg其中，P是压力，τ是应力张量，g是重力加速度。

这个方程表明流体的动量变化率等于压力梯度、应力梯度和重力之和。

3. 能量守恒定律能量守恒定律是描述流体运动中能量守恒的基本定律。

它可以用以下公式表示：ρC(∂T/∂t + v·∇T) = ∇·(k∇T) + Q其中，C是比热容，T是温度，k是热导率，Q是单位体积内的热源。

这个方程表明流体的能量变化率等于热传导、热源产生和流体运动对温度的影响之和。

4. 流体静力学定律流体静力学定律描述了静止流体中的压力分布和压力的传递规律。

根据这个定律，静止流体中的压力在任何方向上都是相等的，并且压力沿着流体中的任意路径传递。

这个定律可以用来解释液体中的浮力现象和液体的压强。

5. 流体动力学定律流体动力学定律描述了流体运动中的压力分布和流速的关系。

根据这个定律，流体中的压力随着流速的增加而减小，在流速较大的地方压力较低，在流速较小的地方压力较高。

这个定律可以用来解释流体在管道中的流动、喷泉的原理等。

综上所述，流体运动的动力学定律是研究流体力学的基础。

流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律第一章流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。

涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。

通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。

由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的基础。

本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识，主要是空气的物理性质及运动规律。

一、流体及其空气的物理性质(一) 流体通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。

流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。

但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。

这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。

实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15厘米的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1毫米3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。

质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。

然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。

高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。

而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。

所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。

有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。

第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。

在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。

各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。

流体是液体和气体的统称。

流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。

液体有一定的液面，气体则否。

液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。

与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。

如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。

流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。

所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。

质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。

这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。

用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。

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；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。

化工生产的原料及产品大多数是流体。

在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。

流体流动规律流体流动规律是描述流体运动过程中各种变量间关系的定律和原则。

研究流体流动规律可以帮助我们理解自然界中的很多现象，如水的流动、空气的运动以及液体的输送等。

首先，流体流动规律中最基本的原则就是质量守恒定律。

根据质量守恒定律，流体在流动过程中，单位时间内通过某一截面的质量是不变的。

也就是说，无论流体流速如何变化，通过同一截面的质量总是保持恒定。

其次，动量守恒定律也是流体流动规律中的重要内容。

根据动量守恒定律，流体在流动过程中，其单位时间内通过某一截面的动量变化等于作用在流体上的所有外力的合力。

这个原理可以帮助我们分析流体在弯曲管道或流经障碍物时的行为。

另外，流体的速度分布也遵循一定的规律。

流体流动过程中，由于黏性和摩擦力的作用，流体颗粒之间存在着相互作用力，使得流体的速度分布不均匀。

通常情况下，流体在管道中的速度是中心最大，边缘最小，呈现出类似椭圆的速度分布曲线。

在许多实际问题中，我们还需要考虑流体流动的稳定性。

稳定性是指流体在流动过程中保持不发生剧烈变化的能力。

当流体速度过大或面对阻力过大时，流体可能会产生剧烈的涡流或乱流现象。

因此，在设计流体输送系统或工程设备时，我们需要确保流体流动的稳定性，以避免出现不必要的损失或事故。

最后，还有一些特殊情况下的流体流动规律也需要我们关注。

例如，当流体通过收缩或扩张的管道时，由于连续性原理的作用，流体速度和流量会发生变化。

此外，在流体流动过程中，还可能会出现回流、旋涡以及边界层等现象，这些现象对于我们研究流体的行为具有重要意义。

总之，流体流动规律是我们研究和理解流体运动行为的基础。

通过研究流体的质量守恒、动量守恒、速度分布、稳定性以及特殊情况下的流动规律，我们可以更好地应用于工程实践中，设计更高效、稳定的流体输送系统，并对自然界中流体运动的现象进行深入理解。

流体流量规律流体流量是指单位时间内通过管道、渠道或其他流体介质的体积。

在工程和科学领域中，流体流量的规律是一个重要的研究课题。

本文将介绍流体流量规律的一些基本原理和公式。

流体流量定义流体流量通常用符号Q表示，单位是体积除以时间，常用的单位有立方米每秒(m^3/s)、升每秒(L/s)等。

流体流量是流体力学中的基本概念，它反映了流体在管道或渠道中的运动状态。

理想流体流量公式在一些简化的假设条件下，可以得到理想流体流量的计算公式。

对于定常、稳定的水流，可以使用以下公式：Q = A * v其中，Q是流体流量，A是截面积，v是流体的平均流速。

这个公式适用于流体的直管流动情况。

流体流量的单位换算常用的流体流量单位有立方米每秒(m^3/s)和升每秒(L/s)。

1立方米等于1000升，所以1立方米每秒等于1000升每秒。

在实际应用中，根据需要可以进行单位的换算。

流体流量的测量方法在工程实践中，常用的流体流量测量方法有静态测量和动态测量两种。

静态测量方法一般通过测量流体通过一个固定横截面的时间来计算流量。

常见的静态流量计有涡街流量计、电磁流量计等。

动态测量方法则通过测量流体在一段时间内通过一个测量点的平均流速和截面积来计算流量。

动态流量计有流速计、流量计等。

流体流量的影响因素流体流量受到多个因素的影响，包括管道直径、管道长度、管道壁面摩擦、流体密度、流体粘度等。

这些因素会对流体流动的阻力和流速产生影响，进而影响流体流量。

流体流量的流动形态流体在管道或其他流道中可以表现出不同的流动形态，包括层流和湍流。

层流是指流体以平行的层流动，流速分布均匀。

湍流是指流体流动不稳定，流速分布不均匀。

在不同的流动形态下，流体流量的规律也会有所不同。

流体流量的应用领域流体流量的研究和应用涉及到许多领域，包括工程学、生物学、环境科学等。

在设计水力工程、气体传输系统等方面，需要准确计算和测量流体流量。

流体流量的研究还有助于理解和预测自然界中的水流、空气流动等现象。

2.2 流动流体的基本规律2.2.1 流动的基本概念流体和连续性假设流体是气体和液体的统称。

气体和液体的共同点是不能保持一定形状，具有流动性；而其不同点表现在液体具有一定的体积，几乎不可压缩；而气体可以压缩。

当所研究的问题并不涉及到压缩性时，所建立的流动规律，既适合于液体也适合于气体，通常称为流体力学规律；此时通常不明确区分气体和液体而泛称为流体。

当计及压缩性时，气体和液体就必须分别处理。

空气是由分子构成，在标准状态下（即在气体温度15℃、一个大气压的海平面上），每一立方毫米的空间里含有2.7×1016个分子。

空气分子的自由行程很小，大约为6×10-6cm。

当飞行器在这种空气介质中运动时，由于飞行器的外形尺寸远远大于空气分子的自由行程，故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，空气分子之间的距离完全可以忽略不计，即把空气看成是连续的介质。

这就是空气动力学研究中常说的连续性假设。

随着海拔高度的增加，空气的密度越来越小，空气分子的自由行程越来越大。

当飞行器在40km以下高度飞行时，可以认为是在稠密大气层内飞行，这时空气可看成连续的。

在120~150km高度上，空气分子的自由行程大约与飞行器的外形尺寸在同一个量级范围之内；在200km高度以上，气体分子的自由行程有好几千米。

在这种情况下，大气就不能看成是连续介质了。

运动的转换在空气动力学中，为了简化理论和试验研究，广泛采用运动的转换原理运动的转换原理，是根据加利略所确定的运动的相对原理而建立的。

相对原理，即如果在一个运动的物体系上附加上一个任意的等速直线运动，则此附加的等速直线运动并不破坏原来运动的物体系中各物体之间的相对运动，也不改变各物体所受的力。

利用运动的转换原理，使问题的研究大为简化。

设飞机以速度v∞在静止空气中运动(图2.2.1)，根据相对原理，可以给该物体系(飞机与周围空气)加上一个与速度v∞大小相等方向相反的速度。

这样得到的运动是，飞机静止不动，无穷远处气流以速度v∞流向飞机。