工程流体力学理想流体流动的基本规律
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工程流体力学中的速度和压力分布在工程流体力学中,研究流体在管道、通道或其他设备中的运动规律是十分重要的。
而了解流体在运动过程中速度和压力的分布情况,则可以帮助工程师和设计者更好地优化系统设计,提高工程设备的效率和可靠性。
因此,本文将重点讨论工程流体力学中的速度和压力分布的基本原理和影响因素。
首先,我们来讨论流体在管道中的速度分布情况。
在稳定的流动情况下,流体在管道中的速度分布往往不是均匀的,而是呈现一定的变化。
这是由于管道内存在摩擦力和其他阻力,使得流体在流动过程中受到影响。
根据流速分布形态的不同,我们可以将流动分为三类:层流、过渡流和紊流。
层流是指在低速流动条件下,流体流动的速度分布均匀,流线平行且不交叉的现象。
在层流条件下,流体分子之间的相互作用力较大,流体粘性较为显著,因此速度分布呈现为圆柱对称的分布。
层流可以应用于一些高精度的实验和测量领域,如药剂输送和精确记录。
当流速增加,流动由层流逐渐过渡到过渡流。
过渡流是介于层流和紊流之间的流动状态,速度分布呈现为不均匀的状态。
在过渡流条件下,流体的黏性不再主导流动,而流体中的扰动开始影响流动状态。
过渡流通常在管道系统的中段出现。
当流速进一步增加,流动会逐渐过渡到紊流状态。
紊流是指流体在高速流动条件下,速度分布无规律且发生突变的现象。
在紊流条件下,流体中的扰动较大,流体粘性对流动的影响相对较小。
紊流状态下,流体速度和压力分布呈现出高度的非线性和不规则性。
接下来,我们来讨论流体在管道中的压力分布情况。
在稳定的流动条件下,流体在管道中的压力分布也不是均匀的,而是随着管道长度和流速而变化的。
在水平流动和纵向流动的情况下,可以利用伯努利方程和能量守恒定律来推导流体在管道中的压力分布。
根据伯努利方程,流体在管道中的压力与其速度成反比。
也就是说,速度越大,压力越小;速度越小,压力越大。
这一原理可以应用于一些实际问题的分析和计算。
此外,在复杂的系统中,还需要考虑流动过程中的压力损失。
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。
流体力学的基本概念与原理引言:流体力学是研究流体运动规律的学科,涉及广泛且应用领域广泛。
本文将介绍流体力学的基本概念与原理,包括流体、流体静力学、流体动力学以及相关应用等方面的内容。
一、流体的基本特性流体是指能够流动的物质,主要包括液态流体和气态流体。
相较于固体,流体具有以下基本特性:1. 流动性:流体能够在物体表面滑动或流动。
2. 不可压缩性:理想流体在正常条件下几乎不可压缩,而实际流体也只在极高压力下才会发生明显的压缩。
3. 连续性:流体不存在间断,可以填充空间。
4. 流体内部分子间力的相对较小:流体分子间的相互作用力相对较弱,以致于在外力作用下,流体分子会相对较快地改变位置。
二、流体静力学流体静力学研究的是处于静止状态的流体,主要涉及以下概念与原理:1. 压强:压强是流体对单位面积上的压力。
根据帕斯卡原理,流体中的压强在各个方向上都是相等的。
2. 大气压:大气压是指大气对物体单位面积上的压力,通常用标准大气压作为基准。
3. 浮力:根据阿基米德原理,浸在液体中的物体会受到一个向上的浮力,其大小等于物体排斥液体的重量。
4. 斯托克斯定律:斯托克斯定律描述了粘性流体中小球的受力情况,根据该定律,小球的阻力与小球半径、流体黏度以及小球速度有关。
三、流体动力学流体动力学研究的是流体在运动过程中的行为,主要涉及以下概念与原理:1. 流速与流量:流速是单位时间内通过某个截面的流体体积,流量是单位时间内通过某个截面的流体质量或体积。
2. 流体动能:流体动能是流体由于运动而具有的能量,与流体的质量和速度有关。
3. 费诺特定律:费诺特定律是描述粘性流体内摩擦力与流速梯度之间关系的定律,根据该定律,粘性流体内部存在着滑动摩擦和黏滞摩擦。
4. 贝努利定律:贝努利定律描述了在不可压缩、稳定流动的流体中,沿着流线速度增大的地方,压强会减小;反之,速度减小的地方,压强会增大。
四、流体力学的应用流体力学的研究内容和应用广泛,常见的应用领域包括但不限于:1. 水力学:研究水的流动、水耗等问题,广泛应用于水利工程、水电站等领域。
杜编《工程流体力学》总结第一章绪论一、 流体的定义:通常说能够流动的物质为流体;如果按照力学的术语进行定义,则在 任何微小剪切力的作用下都能够发生连续变形的物质称为流体。
液体、气体统称为流体。
二、 特征在给定的剪切力作用下,固体只产生一定量的变形,而流体将产生连续的变形,即流 体具有流动的特征;当剪切力停止作用时,在弹性极限内固体可以恢复原来的形状,而流体 只是停止变形,而不能恢复到原来的位置;在静止状态下,固体能够同时承受法向应力和切 向应力,而流体仅能够承受法向应力,只有在运动状态下才能够同时承受法向应力和切向应 力;固体有一定的形状,而流体则取其容器的形状。
三、 连续性假设把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质,这就是流体的“连续介质模 型”。
四、密度密度是流体的重要物理属性之一,它表征流体的质量在空间的密集程度。
对于非均质流 体,若围绕空间某点的体积为印,其中流体的质量为5m ,则它们的比值5m /印为印内 流体的平均密度。
令5V 30取该值的极限,便可得到该点处流体的密度,即式中m 为流体的质量(kg ), V 为流体的体积(m 3),p 表示流体单位体积内具有的质量 (kg/m 3)。
式中数学上的5V 30,在这里应从物理上理解为,体积缩小为上节所定义的流 体微团。
以后遇到类似情况,都应该这样去理解。
对于均质流体,其密度为m P = 一V五、可压缩流体和不可压缩流体流体的膨胀性:流体的膨胀性系数用a 活示,它是在一定压强下单位温升引起的体积 变化率,即dV a =V VdT式中dT 为温度增量,dV :V 为d T 引起的体积变化率。
流体的压缩性:用流体的压缩系数k 表示,它是在一定温度下单位压强增量引起的体 积变化率,即5V V5VK ——5p V 5p式中5p 为压强增量,5V/V 为。
p 引起的体积变化率。
由于压强增高,体积缩小,0 p 和6 V 异号,为了保证压缩系数为正,故在等式的右侧冠以负号。
流体:在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质。
流体的密度ρ:单位体积流体所具有的质量,ρ=m/V。
流体的压缩性和膨胀性:随着压强的增加,体积缩小;温度增高,体积膨胀。
流体压缩性用体积压缩系数k来表示。
表示温度保持不变时,单位压强增量引起流体体积的相对缩小量。
不可压缩流体:在大多数情况下,可忽略压缩性的影响,认为液体的密度是一个常数。
可压缩流体:密度随温度和压强变化的流体。
通常把气体看成是可压缩流体,即它的密度不能作为常数,而是随压强和温度的变化而变化的。
把液体看作是不可压缩流体,气体看作是可压缩流体,都不是绝对的。
在实际工程中,要不要考虑流体的压缩性,要视具体情况而定。
流体的黏性:是流体抵抗剪切变形的一种属性。
流体具有内摩擦力的特性。
运动的流体所产生的内摩擦力(切向力) F 的大小与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比,与接触面的面积A成正比,并与流体的种类有关,而与接触面上压强P 无关。
流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力,则τ=F/A=μdu/dy。
动力黏度(黏性系数)μ:在通常的压强下,压强对流体的黏性影响很小,可忽略。
高压下,流体的黏性随压强升高而增大。
液体黏性随温度升高而减小,气体黏性随温度升高而增大。
运动黏度ν:动力黏度与密度的比值,ν=μ/ρ。
理想流体:不具有黏性的流体,,实际流体都是具有黏性的。
在流体力学中,总是先研究理想流体的流动,而后再研究黏性流体的流动。
作用在流体上的力可以分为两大类,表面力和质量力。
表面力:作用在流体中所取某部分流体体积表面上的力,即该部分体积周围的流体或固体通过接触面作用在其上的力。
可分解成与流体表面垂直的法向力和与流体表面相切的切向力。
质量力:指作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一体积的流体质量成正比的力,又称体积力。
在均匀流体中,质量力与受作用流体的体积成正比。
流体的压强:在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面积上的法向作用力,当流体处于静止状态时,流体的压强称流体静压强p,单位为Pa。