文档介绍：流体流动

1. 1流体的密度与静压强
1.
单位体积的流体所具有的流体质量称为密度,以ρ表示,单位为kg/m3。
气体的密度随温度和压强而变,可视为可压缩流体。当可当作理想气体处理时,用下式估算:
或
1.
垂直作用于流体单位面积上的表面力称为流体的静压强,简称压强,俗称压力,以p表示,单位为Pa。
压强可有不同的表示方法:
(1)根据压强基准选择的不同,可用绝压、表压、真空度(负表压)表示。表压和真空度分别用压强表和真空表度量。
表压强=绝对压强-大气压强;真空度=大气压强-绝对压强
(2)工程上常采用液柱高度h表示压强,其关系式为 p=ρgh

1.
对于不可压缩流体,有:
或
1.
流体静力学基本方程式只适用于静止的连通着的同一连续的流体。该类式子说明在重力场作用下,静止液体内部的压强变化规律。
平衡方程的物理意义为:
(1)总势能守恒流体静力学基本方程式表明,在同一静止流体中不同高度的流体微元,其静压能和位能各不相同,但其两项和(称为总势能)却保持定值。
(2)等压面的概念当液面上方压强p0一定时,p的大小是液体密度ρ和深度h的函数。在静止的连续的同一液体内,处于同一水平面上各点的压强都相等。
(3)传递定律当p0变化时,液体内部各点的压强p也发生同样大小的变化。
(4)液柱高度表示压强或压强差改写流体静力学基本方程式可得:

上式说明压强差(或压强)可用一定高度的液体柱表示,但一定注明是何种液体。
1. 3流体静力学基本方程式的应用
以流体静力学基本方程式为依据可设计出各种液柱压差计、液位计,可进行液封高度计算,根据的大小判断流向。但需特别注意,U形管压差计读数反映的是两测量点位能和静压能两项和的差值。
应用静力学基本方程式进行计算时,关键一环是等压面的准确选取。

应用连续性方程时,应注意如下两点:
(1)在衡算范围内,流体充满管道,并连续不断地从上游截面流入,从下游截面流出。
(2)连续性方程式反映了定态流动系统中,流量一定时,管路各截面上流速的变化规律。此规律与管路的安排和管路上是否装有管件、阀门及输送机械无关。这里的流速指单位管道横截面上的体积流量,即
对于不可压缩流体,流速和管径的关系为
当流量一定且选定适宜流速时,利用连续性方程可求算输送管路的管径,即
用上式计算出管径后,要根据管子系列规格选用标准管径。
——柏努利方程式
、不可压缩粘性流体定态流动的柏努利方程为

式中的为输送机械对1kg流体所作的有效功,或1kg流体从输送机械获得的有效能量。式中各项单位均为J/kg。
当流体不流动时,u=0,,也不需要加入外功,于是有:
可见流体静力学基本方程式为柏努利方程式的一个特例。

此式表明,理想流体作定态流动时,任一截面上1kg流体所具有的位能、静压能与动能之和为定值,但各种形式的机械能可以互相转换。

(1)柏努利方程式的适用条件由推导过程可知,柏努利方程式适用于不可压缩流体定态连续流动。
(2)理想流体的机械能守恒和转化 1kg理想流体流动时的总机械能是守恒的,但不同形式的机械能可互相转化。
(3)注意区别式中各项能量所表示的意义式中的gZ、u2/2、p/ρ指某截面上1kg流体所具有的能量;为两截面间沿程的能量消耗,它不能再转化为其他机械能;是1kg流体在两截面间获得的能量,是输送机械重要参数之一。由可选择输送机械并计算其有效功率,即
若已知输送机械的效率η,则可计算轴功率,即:
(4)柏努利方程式的基准
1N流体(工程制柏努利方程式):
式中各项单位均为J/N或m。He为输送机械的有效压头,Hf为压头损失,Z、u2/2g、p/ρg分别称为位压头、动压头和静压头。
1m3流体:
式中各项单位均为J/m3或Pa。HT称为风机的全风压,是选择风机的重要参数之一。
(5)柏努利方程式的推广
①可压缩流体的流动:若索取系统中两截面间气体压强变化小于原来绝对压强的20%时,则用两截面间流体的平均密度代替。
②非定态流动:对于非定态流动的任一瞬间,柏努利方程式仍成立。

雷诺于1883年设计了雷诺实验。实验中发现三种因素影响流型,即流体的性质(主要为ρ、μ)、设备情况(主要为d)