02流体流动-1

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1、1第一章流体流动234内容提要概述流体静力学流体流动基本方程流体流动现象管内流动阻力管路计算流量测量要求掌握静力学方程及应用掌握连续性方程和能量方程能进行管路的设计计算5第一章流体流动化工生产中处理的物料多为流体，在输送和进行热量/质量的传递时都会涉及“流动”。要实现流动，除流体自身具有的“势能”可以利用外，往往需要外力——设备提供的能量(于是产生动力的消耗及额外的操作费)。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。6本章主要研究流动规律的研究是从宏观的角度进行的，将流体视为连续介质——由无数微团(质点)组成，其内无间隙、流体充满所占据的空间。流体流动规律(

2、管内)——流体动力学及静止流体的规律——流体静力学；高真空除外。介绍后者在测量压强、流速(量)、液位及保持设备内压强(>或<常压)方面的应用。而前者在流体输送及传热/质方面的应用则在以后各章逐一介绍。7☆流体在流动中受到的力1.体积力——作用于每个质点上的力，与流体质量成正比。对于质量均匀的流体则与体积成正比。2.表面力——作用于质点表面的力，与表面积成正比。重力离心力于表面压力——垂直剪应力——平行8流体静力学是研究流体在外力作用下达平衡的规律，∵u=0，∴无剪应力。1-1-1流体的密度均质流体的密度表示为：第一节流体静力学基本方程式①∵液体受p影响可略，∴称为不可压缩流体。②

3、在温度分布不均的体积内，某点上的(1-1a)静止或相对静止9①纯气体查取值时，注意T,p的条件；在p≤1MPa，T不太低时，按理想气体处理或将查取的值换成操作条件下的。(1-2)8.315103J/(kmol.K)K分子量273K,101330Pa(0℃,1atm)⑴气体10②混合气体体积分率mol分率b.混合气体可按理想气体处理时，分子量用a.混合前后质量不变11⑵液体由前已知，液体的=f(T),但在查取数值时往往只提供一、两个温度下的值，且无换算式。故需精确值时应实测。混合液体混合前后体积不变(1-3)质量分率121-1-2流体的静压强⑴单位SI制中用Pa,MPa；其它

4、还有标准大气压atm；某液柱高度，如mH2O；公斤kgf/cm2(即工程大气压at)，bar等。(静)压强是垂直作用在单位流体表面积上的压力，作用在某点上的压强(1-6a)工业上常用atm,at,bar,mH2O131atm=101325Pa=1.033kgf/cm2=1.013bar=10.33mH2O=760mmHg换算关系：1at=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=9.807×104Pa1bar=100kPa14⑵压强的表示方法绝对0压线当地大气压线真空度=大气压强-绝对压强=

5、-表压强

6、绝对压强绝对压强绝对压强-大气压强=表压强为便于区别，除绝压不注明外

7、，要相应注明(表、真)。151.大气压强的数值不是固定不变；2.计算压强单位要统一；3.最后计算结果要注明单位，绝压、表压或真空度。计算压强的注意点161-1-3流体静力学基本方程式静止流体在重力场中只涉及重力和流体内部的压力。重力是地心引力基本上可视为常量，只剩下流体内部压力可变。流体静力学基本方程式描述了流体内部压力变化规律。yzx在同一密度的静止流体中，取一微元体，其棱分别平行于x,y,z轴，边长为dx,dy,dz。17⑴作用在微元体下底面的压力：⑵作用在微元体上底面的压力：⑶作用在微元体的重力：∵静止，∴作用在各坐标轴方向的合力分别为0。分析如下：yzx在重力场中，作用在

8、z轴上的力有：18⑵x,y轴分别为：相抵流体密度大→大。表明在x轴、y轴上静压强的变化率为0。⑴z轴：相同，略19总和：对于不可压缩的液体：(1-7f)静压强在三个坐标上的变化情况分别是：（单位为m）位压头静压头20在静止的密度均一的液体中任取两点，有：1hz2z12(1-8)(1-8a)上式表明了重力场下，静止的连续的同一种流体内部任意两点间压强差的规律。p021若将点1升高至液面，p1=p0,z2=h：(1-8b)当液面压强p0=当地大气压(如敞口槽)压强差反映的是点2的表压强。(1-8)~(1-8b)均为流体静力学基本方程式。1hz22p0表压强是某点与大气之间的压强差。2

9、2⑴静止液体h点处的p随液面p0变化的大小而变。⑵若p0不变，同液体的p只随其所处高度h变化；不同液体∵异，∴虽h同,但压强不同。结合可见：连续的同一液体中处于同一水平面上的各点“压强相等”。可以推出：在静止的、由(1-8b)“等压面”23⑷∵气体有较大压缩性，∴各式只能在p变化不大的条件下才能使用。在化工容器中气体的可忽略T和p的影响。⑸当流体由两种以上组成(如：在管内液体夹带气泡流动或水与油分段流动)时，应逐段计算。⑶压强可用液柱高度表示：(液柱高度)241=800