流体流动1(1)

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'流体流动1(1)'
第1章 流体流动 第1章 流体流动1.1 流体及其主要物理性质1.2 流体静力学1.3 流体动力学1.4 流体在管内的流动阻力1.5 管路计算1.6 流量测量1.1 流体及其主要物理性质 1.1.1 流体及其特点 1.1.2 连续介质假定 1.1.3 流体的物理性质1.1.1 流体及其特点 ⒈流体:气体和液体统称为流体。 ⒉特点:a. 流动性; b. 无固定形状; c. 在外力作用下,其内部质点会发生 相对运动. 液体:不可压缩性流体 ⒊分类: 气体:可压缩性流体,│(P1-P2)/P1│<20% 时可视为不可压缩性流体 1.1.2 连续介质假定假定: 1.流体是由无数个分子集团所组成的连续介质,每个 分子集团称为质点; 2.质点大小远小于容器或管道的尺寸; 3.流体质点间没有空隙,流体充满其所占据的空间。 目的:从宏观角度研究流体流动规律。 注:该假定对绝大多数流体都适用。但是当流动体系 的特征尺度与分子平均自由程相当时,连续介质 假定不再适用,例如高真空稀薄气体的流动。 1.1.3 流体的物理性质1.密度:单位体积流体所具有的质量。 ρ=m/V, kg/m3 均质流体: ρ=f(T,P)①液体: ρ≈f(T) 混合物:取1kg混合液为基准,设xw,i为i 组分的质量分率,则: 1 xw,1 xw,2 xw,n V ? ? ? ..... ? ? m ?1 ? 2 ? n②气体: ρ=f(T,P) m PM 理想气体:  ? ? ? V RT 或者: T0 P ? ? ?0 TP0 标态下:ρ0 =M/22.4 ,T0 =273.15K,P0 =101.3kPa理想气体混合物: PM(1) ? ? m m RT Mm 为平均分子量: M m ? ? M i ? yi yi 为i 组分的摩尔分率 3(2) 以1m 混合气体为基准, 设xv,i 为i 组分的体积分率,则: m ? m ? ?1 xV ,1 ? ? 2 xV ,2 ? ... ? ? n xV ,n2.流体的重度、比重和比重指数 1)重度:单位体积的流体所具有的重量,用γ表示。 γ=G/V=mg/V=ρ·g 单位: SI单位制 [ N/m3 ] 工程单位制 [ kgf/m3 ] 注意:a.在同一单位制中,γ=ρ·g b.同一流体,工程单位制中的γ和SI制中的 ρ数值相等。2)比重:液体的比重通常指其密度(或重度)与水在4℃时的密度(或重度)之比 ,也称相对密度。 ? ? ? t ? ? ? d 4 4 4 ? w ? w 10003)比重指数:对油品,常采用一种特殊的比重计测得的读数来表示轻重,该读数称为比重指数,oAPI。 141 .5 o ? ? API 15 .6 131 .5 d 15 .6 t t d4 ? 0.9990d15.6⒊流体的比体积 Ø单位质量流体的体积 Ø又称为流体的比容 Ø单位:[ m3/kg ] V 1 ? ? ? m ?⒋流体的粘度1)流体的粘性:粘性:流体在运动状态下具有的抗拒向前运动的特性。说明:a. 粘性是流体的固有属性 b.只有在流动时才表现出来 流动阻力 产生的根源 内摩擦力(粘滞力)2)牛顿粘性定律: 平板实验 ?u F ? ? A ?y ? u F ? ? ? A 或 ? y 引入μ: F ? u ? ? ? ? A ? y 剪应力 du 圆形管内: ? ? ? ——牛顿粘性定律 dy 流体的粘度 速度梯度 动量 du m ? 实质: F m ?a d?mu? ? ? ? ? d? ? A A A A?d?即:单位时间通过单位面积的动量通量,其产生的原因是流体层之间的动量传递。单位换算实例 kcal ? 4.187kJ / kcal0.241kcal / kgf ??C ? 0.241? ?1.009kJ / kg ? K (kgf ?1kg / kgf )?(?C ?1K / ?C)连续介质假定 流体物性 T P 3 m PM 0 密度: ρ=m/V, kg/m 气体: ? ? ? 或 ? ? ?0 V RT TP0 ? ? 比重(相对密度) t ? ? d 4 4 ? w 1000 V 1 比体积(比容) ? ? ? m ?3)流体的粘度: ①粘度 :μ,粘滞系数、动力粘度、绝对粘度 N / m2 N ? s kg SI单位制:???? ? ? Pa? S ? m / s m2 m ? s m dyn/ cm2 dyn? s g ? cm /(s2 ? s) g物理单位制:??? ? ? ? ? ? P cm / s cm2 cm2 cm ? s cm 换算:1Pa·s=1 N·s /m2=10P=1000cP 1P(泊)=1dyn·s·cm-2②运动粘度υ :υ=μ/ρ SI制: ??? Pa ? s kg /( m ? s ) 2 ??? ? ? ? ? ? ? m / s ??? kg / m 3 kg / m 3 物理单位制(CGS):为cm2/s,称为斯托克斯,用 st 表示,简称(tuo)。 换算: 1st =100cSt(厘tuo)=1×10-4m2/s 1cst =10-2st =10-6m2/s③粘度μ的影响因素 : μ =f ( T、P、物质种类 ) 液体:T↑→分子间距离↑→引力↓→液体的μ↓ 气体:T↑→分子的混乱运动和碰撞↑→μ↑ 压力P 的影响一般不予考虑,只有在极高或极低 的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。④混合物粘度: 分子不缔合的液体混合物: lgμ m ? ? xi ? lgμ i 1 气体混合物: y μ M 2 ? ? i i i μ m 1 2 ? y i M i式中:xi-液体混合物中i 组分的摩尔分率; yi-气体混合物中i 组分的摩尔分率; μi-与混合物相同温度下的i 组分的粘度; Mi-气体混合物中i 组分的分子质量。⑤理想流体与粘性流体: 自然界中的所有流体都具有粘性,具有粘性的流体统称为粘性流体或实际流体。 完全没有粘性的流体, 即μ=0,称为理想流体。是假设. ⑥牛顿流体与非牛顿流体: 剪应力与速度梯度的关系遵循牛顿粘性定律的流体叫做牛顿型流体;不遵循这一规律的流体为非牛顿型流体。 所有气体和大部分液体或溶液都为牛顿流体;对非牛顿流体而言,粘度不再是纯粹的物性,而是随着速度梯度而改变,称为表观粘度。 1.2 流体静力学1.2.1 流体的静压强1.2.2 流体静力学基本方程式1.2.2 流体静力学基本方程式 的应用 前言流体静力学实质是研究静止流体所受压力的平衡关系。地球表面附近受力主要是重力和压力。重力可以看作常数。重力场中的流体,无论运动与否都受到力的作用。连续介质的受力情况(规律)服从
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