工程流体力学及泵与风机
流体力学中的流体泵与风机
流体力学中的流体泵与风机流体力学是研究流体运动及其相互作用的一门学科，广泛应用于各个工程领域。
在流体力学中，流体泵和风机是两个常见的设备，它们在工程实践中起到了至关重要的作用。
本文将围绕流体泵和风机展开讨论，从其原理、应用和发展趋势等方面进行探究。
一、流体泵1. 原理流体泵是一种能够将低压流体转变为高压流体的机械设备。
其工作原理与总量守恒和动量守恒定律密切相关。
泵将低压液体吸入，并通过施加机械力增加其动能，最终将其排出并产生高压。
常见的流体泵包括离心泵、容积泵和轴流泵等。
2. 应用流体泵在工程实践中具有广泛的应用。
它们被广泛应用于供水、石油、化工、冶金等领域，包括给排水系统、原油输送、化工生产和热能供应等。
流体泵的应用可以提高流体输送效率，满足各种工程需求。
3. 发展趋势随着科技的不断发展，流体泵也在不断演进。
目前，人们对流体泵的发展趋势主要包括以下几个方面：（1）提高效率：通过优化设计和使用新材料，提高流体泵的效率，减少能源消耗。
（2）提高可靠性：研发更耐磨、抗腐蚀的材料，提高流体泵的寿命和可靠性。
（3）智能化控制：引入先进的控制技术和传感器，实现流体泵的自动化、智能化运行，提高工作效率和安全性。
二、风机1. 原理风机是将电能、燃料能等形式能源转换为气体动能的装置。
其工作原理基于空气动力学和能量转换原理。
通过转子的旋转，风机能够将气体的动能和压力能转化为机械能，从而实现气体的输送。
2. 应用风机在工程实践中应用广泛，包括通风、空调、工业烟气处理等领域。
例如，风机可以用于排除室内空气中的污染物，保持空气新鲜；还可以用于工业烟气处理中的除尘、脱硫等工艺。
3. 发展趋势现代风机的发展也面临着一些挑战和需求：（1）高效节能：发展低能耗、高效率的风机技术，减少能源消耗。
（2）减少噪音污染：通过优化设计和采用低噪音材料，减少风机运行时的噪音污染。
（3）智能化控制：应用智能控制技术，实现风机的自动调节和远程监控，提高运行效率和管理水平。
流体力学泵与风机期末复习重点总结
流体力学泵与风机期末复习重点总结流体力学泵与风机期末复习重点总结一、引言流体力学泵与风机是在流体力学领域中非常常见的装置，广泛应用于工程领域，如水泵、空调风机、离心风机等。
熟练掌握流体力学泵与风机的基本原理和性能特点，对于工程师和研究人员来说是非常重要的。
本文将对流体力学泵与风机的期末复习重点进行总结，帮助读者快速回顾和掌握相关知识。
二、流体力学泵的基本原理流体力学泵是一种能够将流体从低压区域输送到高压区域的装置。
其基本原理是利用泵的叶轮运动与流体之间的相互作用来实现流体的输送。
在泵的叶轮中，流体由低压区域进入，受到叶片的作用而增加了动能，然后被推向高压区域。
流体在泵内的流动过程中，需克服摩擦阻力和叶轮的转动阻力，从而提供功率。
三、泵的性能特点及分类1. 泵的扬程和流量特性：泵的扬程和流量是泵性能的两个重要指标。
扬程表示泵能够提供的压力能力，流量表示泵单位时间内输送流体的量。
泵的性能曲线反映了扬程和流量之间的关系，帮助人们了解泵在不同工况下的表现。
2. 泵的效率：泵的效率是指泵转换输入功率和输出功率之间的比值。
有效高效的泵可以提供更大的流量，同时减少能源的消耗。
泵的效率与流量、扬程等参数有关。
3. 泵的分类：根据其结构和工作原理不同，泵可以分为离心泵、容积泵、轴流泵等多种类型。
离心泵是最常见的类型，通过旋转叶轮产生离心力将流体推向出口。
容积泵利用容积的变化来实现流体输送。
轴流泵则是通过推力来推动流体。
四、风机的基本原理及特点风机是一种将气体（如空气）转化为动能的装置，常用于通风、循环等工程领域。
风机与泵类似，但在工作原理和性能特点上有所不同。
1. 风机的工作原理：风机通过旋转叶轮产生了气流的动能，然后将其传递给周围的空气，使空气流动起来。
在风机内部，气流具有一定的压力差，使得气体在风机内不断循环流动。
2. 风机的性能特点：与泵相比，风机的压力增加较小，但流量较大。
风机性能的评估指标主要包括气流量和压力增加。
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机引言流体力学泵与风机是现代工程中常见的设备，它们都是用于传递流体能量的机械装置。
流体力学泵用于将流体从一个位置输送到另一个位置，而风机则可以产生气流或风力。
本文将对流体力学泵和风机进行介绍，并对它们的工作原理和应用进行分析。
流体力学泵工作原理流体力学泵利用叶轮的旋转来增加流体的压力和能量，并将流体从低压区域输送到高压区域。
其工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.流体进入泵的吸入口并经过进口管道。
2.进入泵体后，流体会接触到旋转的叶轮。
3.叶轮的旋转会使流体产生离心力，从而增加流体的压力和能量。
4.增压后的流体会经过出口管道被输送到目标位置。
应用领域流体力学泵广泛应用于各个工程领域，包括工业生产、供水系统、空调系统等。
以下是一些常见的应用领域：1.工业生产：流体力学泵在石油、化工、制药等行业中被大量使用，用于输送原料、提供冷却或加热等功能。
2.供水系统：流体力学泵在市政供水系统中发挥关键作用，将水从水源输送到居民家中。
3.空调系统：空调系统中的循环泵利用流体力学泵的原理，将冷却剂从蒸发器输送到冷凝器，实现空调制冷效果。
风机工作原理风机是一种将电能或机械能转换为气流或风力的设备。
它的工作原理与流体力学泵类似，但有些细微差别。
以下是风机的基本工作方式：1.风机通过电机或其他动力装置产生旋转的叶轮。
2.进入风机的气体或气流会被叶轮的旋转加速。
3.叶轮的旋转会使气体产生动能，形成气流或风力。
4.产生的气流或风力可以用于各种应用，例如通风、排气、空气循环等。
应用领域风机在多个领域中被广泛应用，以下是一些常见的应用领域：1.通风系统：风机用于建筑物、地下车库、厂房等场所的通风，保证室内空气的新鲜和循环。
2.工业排气：工业生产中产生的废气需要通过风机排出，以维护良好的工作环境。
3.热交换器：一些设备上的热交换器需要通过风机来强制空气对流，实现热量的交换。
4.供暖系统：某些供暖系统中使用风机将温暖的空气输送到各个房间，实现室内的加热效果。
工程流体力学及泵与风机
工程流体力学及泵与风机引言工程流体力学是研究涉及液体和气体在运动中的力学和热力学性质的学科。
它是工程领域中一个重要的分支，涉及到许多关键性的应用，如流体流动、流体阻力、泵与风机的设计与应用等等。
本文将对工程流体力学以及泵与风机进行介绍和探讨。
工程流体力学工程流体力学是研究液体和气体运动的力学学科，是研究流体力学在各种工程问题中的应用的科学。
它涉及到流体的流动、流体的阻力、流体的压力和速度分布等等。
在工程流体力学中，一些重要的概念和定律如下：流体静力学流体静力学是研究静止流体的力学性质，即在静止状态下的流体行为。
在流体静力学中，布劳伊定律是一个重要的定律，它描述了流体内部各处的静压力相等。
流体动力学流体动力学是研究流体在运动中的力学性质。
流体动力学可以进一步分为两个方面：流体运动的基本方程和流体力学的应用。
流体运动的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程描述了流体在运动中质量、动量和能量的变化规律。
流体力学的应用涉及到各种工程问题，如流体的管道输送、飞机的气动力学、河流的水力学等等。
泵与风机泵和风机是工程领域中常见的设备，用于输送流体或气体。
它们在工业生产和生活中起着重要的作用。
泵泵是一种将液体或气体从低压区域输送至高压区域的设备。
泵的工作原理基于压力差的产生，通过旋转或往复运动的机械装置产生液体或气体的流动。
泵一般分为离心泵和容积泵两种类型。
离心泵通过离心力将液体或气体从中心向外推送，而容积泵则通过容积变化来输送介质。
泵的选择与应用需要考虑许多因素，如流量、扬程、压力损失、效率等等。
风机风机是一种将气体从一个区域输送到另一个区域的设备。
它由旋转的叶片和驱动装置组成，通过转动叶片产生气流。
风机一般分为轴流风机和离心风机两种类型。
轴流风机的气流方向与机轴平行，而离心风机的气流方向与机轴垂直。
风机的选择与应用也需要考虑类似于泵的因素，如风量、静压、效率等等。
结论工程流体力学及泵与风机是工程领域中的重要概念和设备。
流体力学泵与风机
泵与风机的结构
轴流式风机的主要部件
轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流 罩、导叶和扩散筒等，如图所示。近年来，大型 轴流式风机还装有调节装置和性能稳定装置。
泵与风机的结构
第二章 泵与风机的叶轮理论
离心式泵与风机的叶轮理论
• 离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就 对流体做功，从而使流体获得压能及动能。因此，叶轮是实 现机械能转换为流体能量的主要部件。
轴流式泵与风机的叶轮理论
• • • • •
轴流式泵与风机的特点 1．流体轴向流进，轴向流出叶轮。 2．流量大，扬程低； 3．结构简单，重量轻； 4．采用动叶调节，变工况调节性能好，高效区较宽。 现代大容量机组的循环水泵与送、引风机采用这种型式。
主页
离心式泵与风机的叶轮理论
• 离心式泵与风机的工作原理 • 流体在叶轮内的运动及速度三角形 • 能量方程式(欧拉方程式)及其分析 • 离心式叶轮叶片型式的分析 • 有限叶片叶轮中流体的运动
工作 原理
图样 表现
罗茨泵的工作原理
罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽 气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排 出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有 压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相 通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0 中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。 一般来说，罗茨泵具有以下特点：在较宽的压强范围内有较大的抽 速； ●起动快，能立即工作； ●对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感； ●转子不必润滑，泵腔内无油； ●振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀； ●驱动功率小，机械摩擦损失小； ●结构紧凑，占地面积小； ●运转维护费用低。 因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部 门得到广泛的应用。
流体力学泵与风机期末复习重点总结
流体力学泵与风机期末复习重点总结
1. 流体机械基础知识：包括流体的基本性质、流体静力学和流体动力学基本定理等概念。
需要掌握一些基本公式，如马努涡定理、伯努利方程等。
2. 压力与速度的关系：了解流体力学泵和风机的工作原理，掌握压力与速度的关系，了解泵和风机的基本参数，如容积流量、扬程、转速等。
3. 泵和风机的分类：掌握各种类型的泵和风机的结构和特点，了解适用范围，包括离心泵、轴向流泵、混流泵、空气压缩机、离心风机、轴流风机等。
4. 设计和选型：了解设计和选型的基本要求，可以根据不同的使用场景选择不同的泵和风机。
需要了解各种变量和参数的计算方法，如泵和风机的效率、功率、负载特性等。
5. 操作与维护：掌握泵和风机的操作和维护技术，了解故障排除的方法和维修技术，以及基本的保养和维护知识。
6. 新技术和新型材料：了解新技术和新型材料在泵和风机行业的应用，如数值模拟、优化设计、新型叶片材料等。
需要了解未来的发展趋势和应用前景。
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机都是用来输送流体的设备，但两者的原
理和工作方式有所不同。
流体力学泵是通过机械能的转化来增加流体的能量，从而
使流体具有一定的压力能够被输送。
流体力学泵主要由一
个或多个旋转的叶轮组成，通过旋转产生的离心力将流体
吸入并向出口处推送。
泵的转子通过电动机或其他动力源
进行驱动，使其旋转从而产生压力差。
风机是利用风力的动能来进行输送流体的设备。
风机一般
由旋转的叶片和驱动装置组成。
叶片通过空气的冲击力来
转动，从而产生风力推动空气或气流的运动。
风机可以用
来输送空气或气体，常见的应用包括通风系统、空调系统等。
流体力学泵和风机的主要区别在于其工作介质和工作原理。
流体力学泵主要用于输送液体介质，而风机主要用于输送
气体介质。
此外，流体力学泵通过机械能的转化来增加液体的能量，而风机则利用风力的动能来推动气流的运动。
因此，在设计和选择时需要根据具体的应用需要来决定使用哪种设备。
工程流体力学 第7章泵与风机
风机的类型 通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，气体的密 度变化很小。在压气机中，应考虑气体的压缩性。 主要内容：离心式泵与风机的工作原理、性能等。
7.1 离心式泵
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
主要部件：固定在机座上的机壳 及与转轴连在一起并随轴转动的 叶轮。 工作原理：当泵工作时，外部动 力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转， 叶片2间原来充满着的液体在惯性 离心力的作用下，从叶轮外缘抛 出，在机壳4中汇集，从出口5排 走。当叶片间的液体被抛出时， 叶轮内缘入口3处压强降低，外部 的液体便被吸入填充。
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵
7.2 离心式通风机
7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
泵与风机都是输送流体的机械。
泵用于输送液体；风机用于输送气体。
从能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机 械。
从外部输入的机械能，在泵或风机中传递给流体，转化为 流体的压力能，以克服流体在流道中的阻力。 有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高的 压力能储备做功，有些液体被举到更高的位置（如水塔） 而转化为位能。有些情况，流体在经过泵或风机后，速度 也有变化，因而部分地转化为流体的动能。
p2
（7.4）
则 故
H e2 e1
2 2 pd v d p0 v 0 hs hd hld hls 2g 2g
因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd≈ 0，v0≈ 0，故
7.1.2 泵的扬程
H hs hd hls hld
p d p0
7.1.4 泵中的能量损失
流体力学泵与风机
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的流体快速冲向气泡空间，它们的动量在极短的时间内变 为零，因而产生很大的冲击力，该冲击力反复作用在壁面 上，形成剥蚀；②认为气泡在高压区突然溃灭时，将产生 压强冲击波，此冲击波反复作用在壁面上，形成剥蚀。很 可能这两种情况都存在。
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第二章 泵与风机
为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。 分类
目录
• 第一章：流体力学 • §1–1 流体运动的一些基本概念 • §1–2 流体运动的连续性方程 • §1–3伯努利（Bernoulli）方程 • §1–4 液体的空化和空蚀现象 • 第二章：泵与风机
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1
流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等 运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作 用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。 本部分主要介绍流体运动学和流体动力学的基本知识，学 习流体力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、动量 方程和能量方程，这些方程是分析流体流动问题的基础。
(2) 选好基准面，基准面原则上可以选在任何位置，但 选择得当，可使解题大大简化，通常选在管轴线的水平面 或自由液面，要注意的是，基准面必须选为水平面。
(3) 求解流量时，一般要结合一维流动的连续性方程求 解。伯努利方程的p1和p2应为同一度量单位，同为绝对压 强或者同为相对压强，p1和p2的问题与静力学中的处理完
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2、几何意义
理想流体微元流束的伯努利方程式（3-41）中，左端 前两项的几何意义，同样在静力学中已有阐述，即第一项 z表示单位重量流体的位置水头，第二项p/(ρg)表示单位重 量流体的压强水头，第三项V2/(2g)与前两项一样也具有长 度的量纲。它表示所研究流体由于具有速度V，在无阻力 的情况下，单位重量流体所能垂直上升的最大高度，称之 为速度水头。位置水头、压强水头和速度水头之和称为总 水头。由于它们都表示某一高度，所以可用几何图形表示 它们之间的关系，如图3-16所示。
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析工程流体力学是研究液体和气体在各种流动情况下的力学行为及其应用的学科。
泵和风机在工程中广泛应用于输送液体和气体，因此对泵和风机进行流体动力学分析非常重要。
本文将从泵和风机的工作原理、性能参数以及流体动力学分析方法等方面进行详细介绍。
一、泵的流体动力学分析1. 泵的工作原理泵是将功率能源转化为流体能量的装置。
泵的工作原理主要是通过旋转叶轮或转动密封体来增加流体的动能，从而使流体产生压力。
泵的工作过程可分为吸入、压缩和排出三个阶段。
2. 泵的性能参数泵的性能参数包括流量、扬程、效率和功率等。
流量是指泵单位时间内输送的流体体积，通常用升/秒或立方米/小时表示；扬程是流体在泵中被增压的高度，通常用米表示；效率是指泵将输入的功率转化为流体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是泵驱动所需的功率大小。
3. 泵的流体动力学分析方法泵的流体动力学分析方法包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析通过力学和能量原理来分析泵的工作过程，比如动量原理和能量守恒原理；定量分析则主要是通过数值计算和计算机模拟等方法来求解泵的性能参数；模型试验则是将泵放入实验设备中进行实际测试，得到泵的性能曲线。
二、风机的流体动力学分析1. 风机的工作原理风机是将机械能转化为风能的装置，主要用于输送气体。
风机的工作原理是通过叶轮的旋转来产生气流，并产生压力差。
气流从高压区域到低压区域流动，从而达到输送气体的目的。
2. 风机的性能参数风机的性能参数包括风量、风压、效率和功率等。
风量是指单位时间内通过风机的气体体积，通常用立方米/秒或立方米/小时表示；风压是风机产生的气体压力，通常用帕斯卡表示；效率是指风机将输入的机械能转化为气体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是驱动风机所需的功率大小。
3. 风机的流体动力学分析方法风机的流体动力学分析方法与泵类似，包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析主要包括动量原理和能量守恒原理的应用，以及通过流体力学方程求解风机的性能参数；定量分析则通过数值计算和计算机模拟来求解风机的性能参数；模型试验则是将风机放入实验设备中进行测试，得到风机的性能曲线。
流体力学,泵与风机期末复习资料
一、叶轮由前盘、后盘、叶片和轮毂组成。
前盘的形式有多种，如图示。
叶片是主要部件。
按叶片的出口安装角分类：有前向叶片、后向叶片、径向叶片二、机壳由蜗壳、进风口和风舌等零部件组成。
1）蜗壳蜗壳是由蜗板和左右两块侧板焊接或咬口而成。
作用：●是收集从叶轮出来的气体；二．泵壳三、泵座四、轴封装置离心式泵与风机的工作原理和性能参数离心式泵与风机的工作原理叶轮随原动机的轴转时，叶片间的流体也随叶轮高速旋转，受到离心力的作用，被甩出叶轮的出口。
被甩出的流体挤入机（泵）壳后，机（泵）壳内流体压强增高，最后被导向泵或风机的出口排出。
同时，叶轮中心由于流体被甩出而形成真空，外界的流体在大气压沿泵或风机的进口吸入叶轮，如此源源不断地输送流体。
当叶轮旋转时，在叶片进口“另一方面又沿叶片方向作相对流动，其相对速度为流体在进、出口处的绝对速度v应为为了便于分析，将绝对速度v分解为与流量有关的径向分速度vr和与压力有关的切向分速vu。
径向分速度的方向与半径方向相同，切向分速与叶轮的圆周运速度v和u之间的夹角叫做叶片的工作角离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程假定把它当做一元流动来讨论，也就是用流束理论进行分析。
这些基本假定是：）流动为恒定流）流体为不可压缩流体）叶轮的叶片数目为无限多，叶片厚度（涡，在（如图），0.75~0.85，它说明了涡流欧拉方程的物理意义在速度三角形中，由余弦定理得：v2cosα= u2+v2-2u2v u2，2（u22+v22–w22）/2（u12+v12–w12）/2泵与风机的损失与效率5. 4. 1流动损失与流动效率、流动损失根本原因：流体具有粘性、进口损失流体进入叶道之前发生了预旋转，叶片做功减小，使气流角发生了旋转，理论扬程下降。
它与流量差的平方成正比。
）D25.5性能曲线及叶型对性能的影响5. 5. 1泵与风机的理论特性曲线1、三种性能曲线A、H=f1（Q）；B、N=f2（Q）；C、η=f3（Q）。
流体力学：泵与风机
轴端密封装置分为填料密封、机械密封、浮动环密封
和机械密封等几种形式。
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离心式风机的主要部件 离心式泵与风机的主要部件由叶轮、蜗壳、集流器 与进气箱组成。 轴流式泵与风机的主要部件 轴流式泵与风机主要部件基本一致，主要部件有叶 轮、导叶、吸入室（集流器）和扩压筒组成
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二 泵与风机的基本性能参数
※ 泵与风机的基本性能参数※
程度，有效功率Ne与轴功率N的比值称为效率η，即
Ne 100%
（式10.2）
效率是衡量泵与风机性能好N坏的一项技术经济指标。
轴功率的计算公式为： N
Ne
QH
QP
（式10.3） 11
泵与风机的基本性能参数
（5）转速。是指泵与风机叶轮每分钟旋转的圈数， 用 符号n表示，单位是r/min(rpm)。转速是影响泵与风机 性能参数的一个重要因素，泵与风机是按一定的转速 设计的，当泵与风机的实际转速不同于设计转速时， 泵与风机的其它性能参数将按一定的规律变化。
图10.3 轴向涡流对流速 分布的影响
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离心式泵与风机的基本理论
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离心式泵与风机的基本理论
图10.4 叶轮出口处流体速度的偏移
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离心式泵与风机的基本理论
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离心式泵与风机的基本理论
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工程流体力学及泵与风机(暖通
注意：z2-z1——下游断面高度减 上游断面高度（±）； ρa-ρ——外界大气密度减管内气 体密度（±） ； z2=z1或ρa=ρ——位压为零
相似性原理
1.力学相似
（1）几何相似——模型和原型的几何形状相似。原 型中任何长度尺寸和模型中相对应长度尺寸的比值处 处相等，对应角相等。
lp lm
dp dm
总流能量方程 物理意义和几何意义
z：总流过流断面上单位重量流体所具有的位能、位 置高度（水头）
p/γ：总流过流断面上单位重量流体所具有的压能、 测压管高度（压强水头）
V2/2g：总流过流断面上单位重量流体所具有的平 均动能、流速高度（水头）
hw：总流两过流断面之间单位重量流体机械能的损 失、水头损失。
流体运动的基本概念
迹线——流体质点运动的轨迹线。（时段） 流线——是一条瞬时曲线，曲线上每一点的
切线方向为该点的流速方向。（时刻） 流线的性质：一般情况下不能相交；不能为
折线； 流管——在流场中任意取一非流线的曲线，
过曲线上各点作流线，所构成的管状曲面。 充满流体的流管称为流束。
流体运动的基本概念
（1）雷诺准则——粘性力是主要的力
FTP FIP
FTm
FIm
改成
FIP FIm
FTP
FTm
FT
A dv
dy
lv
lv
FI ma l 2v2
v pl p vmlm
p
m
(Re) p Re m , Re 1
无量纲数 Re vl
雷诺数——粘性力的相似准数
阻力平方区-------自模区
（2）佛劳德准则——重力是主要的力
动力相似→对应点 上的力的封闭多边 形相似
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模型实验的数据处理，主要是根据实验时所选定的模型律，
将模型实验获得的速度、压强、流量等实验数据换算成原 型的相应数据。
例：管流阻力实验，模型比尺为5，原型模型介质相同，
若测出模型的压差为50Kpa，求原型的压差。
解：根据雷诺模型律：
vn l n
n
vm lm
m
v n lm 1 又： pn pm ＝ n vn 2 m vm 2 v m ln 5
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11．1．4恒定总流能量方程 （伯努利方程）及其使用条件
实际不可压缩流体恒定流总的流能量方程，或伯努利方
程的表达式为：
2g 2g 表示两断面单位重量流体平均的能量转化与守恒关系。 式中α为动能修正系数：是一个大于1的数，与断面速度
分布均匀性有关，速度分布越均匀该系数越接近1，紊 流时经常取1，而层流时为2
f 2 ( 1 , 2 ,, nm ) 0
这一函数就是所要推求的新的物理方程，由基本物理量出
发，组合无量纲数是应用π定理的关键。
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例如有压管流中的压强损失 ： [解] 根据实验，知道压强损失与管长l，管径d，管壁粗糙 度K，流体运动粘性系数，密度ρ和平均流速v有关，即
a
就是雷诺准数，它表征惯性
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相似第一定理：两个相似的物理过程，其对应的同 名相似准数相等,即：
vn l n
n
vm lm
m
Re n Re m
2 2 vn vm gln glm
Frn Frm
pn pm 2 n vn m vm 2
Eu n Eu m
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局部阻力计算方法
l
l1 p l1m
l2 p l2 m
v
u1 p u1m
u2 p u2 m
vp vm
Tp Tm
Gp Gm
Pp pm
Ip Im
p m
A
2 lp 2 lm
l p um l t tm lm u p v tp
相似的保证
l2
研究的目的
V
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11-2-4流体力学模型研究方法
1、模型律的选择： 为了使模型和原型流动完全相似，除要几何相似外，各 独立的相似准数应同时满足。但实际上要同时满足各准数很 困难，甚至是不可能的，一般只能达到近似相似，就是保证 对流动起重要作用的力相似。如有压管流，粘滞力起主要作 用，应按雷诺准数设计模型；在大多明渠流动中，重力起主 要作用，应按弗诺得准数设计模型。
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11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算
根据尼古拉兹实验沿程阻力系数随雷诺数和粗糙度的 变化，划分为五个区： I、层流区
64 f1 (Re) Re
II、临界过渡区
f 2 (Re)
0.3164 III、紊流光滑区 f3 (Re) Re0.25
IV、紊流过渡区 f 4 (Re, K )
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相似第二定理： 不可压缩流体运动时，不计弹性力的作用，考虑
惯性力、重力、粘性力、压力四个力的平衡关系，
已知四个中的三个，第四个是唯一确定的，则四 个力组成的三个相似准数是相互关联的，两个是 决定性相似准数，一个是被决定相似准数，通常 欧拉数为被决定相似准数，有：
Eu f (Fr, Re)
d
V、紊流粗糙区(阻力平方区)
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f5 (K d )
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尼古拉兹实验曲线
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常用计算公式 ：
光滑区的布拉修斯公式
0.3164 Re 0.25
粗糙区的希弗林松公式
柯列勃洛克公式（光滑、过渡、粗糙均适用）
1 k 2.51 2 lg( ) 3.7d Re
2、模型设计：
进行模型设计，通常先根据实验场地、模型制作和测量 条件定出长度比尺；再以选定的比尺缩小原型的几何尺寸， 得出模型的几何边界；根据对流动受力情况的分析，满足对 流动起主要作用的力相似，选择模型律；最后按选用的模型 律，确定流速比尺及模型的流量。
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11-2-5实验数据处理方法
2
§11-l流体动力学
11．1．1描述流体运动的两种方法 11．1．2恒定流动和非恒定流动 11．1．3恒定元流能量方程 11．1．4恒定总流能量方程（伯努利方程） 及其使用条件
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11．1．1描述流体运动的两种方法
A、拉格朗日法：整个流体运动是无数单个质点运动的总和，以个别
11-3-5局部阻力产生的原因和计算方法
11-3-6减少（局部）阻力的措施
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11-3-1层流与紊流现象
层流为各层质点互不掺混分层有规则的流动。 紊流为流体质点互相强烈掺混运动极不规则的流动。
流态的判别条件是 层流： Re vd 2000
紊流： Re vd 2000
n vn 2 vn 2 1 pn pm 2 pm 50 2 KPa m vm 2 vm 25
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§11-3流动阻力和能量损失
11-3-1层流与紊流现象 11-3-2流动阻力分类 11-3-3圆管中层流与紊流的速度分布 11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算
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11．1．2恒定流动和非恒定流动
恒定流动：流场中各点流动参数不随时间变化的
流动称为恒定流动，我们研究的流动多数都按恒 定流动处理。
0 t
非恒定流动：流场中的流动参数随时间变化而变
化的流动称为非恒定流动。
0 t
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11．1．3恒定元流能量方程
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实际不可压缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程的
表达式为：
2 u12 p2 u2 Z1 Z2 hl1 2 2g 2g
p1
请注意式中各项的物理意义和几何意义，特别是总水头，
测压管水头与水头损失
u2 H Z 2g p
HP Z p
hl12
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§11-2相似原理和模型实验方法
11-2-1物理现象相似的概念 11-2-2相似三定理 11-2-3方程和因次分析法 11-2-4流体力学模型研究方法 11-2-5实验数据处理方法
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11-2-1物理现象相似的概念
几何相似
运动相似
动力相似
Re
vd
Rv
4 Rv
时 500
de 4 R
Re
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11-3-2流动阻力分类
流动阻力分为沿程阻力和局部阻力：
hl h f h j
l v l v l v hf d 2g de 2 g 4R 2 g
v hj 2g
2
2
2
2
就是说：如果两个不可压缩流动相似，只需要同
时满足重力相似和粘性力相似两个相似准则即可。
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相似第三定理： 两流动相似除要求相似准数相等外，还要求单值
性条件相似。单值性条件相似包括几何相似，初 始条件和边界条件相似。 相似准数相等，意味流动方程有相同的通解，而 初始条件和边界条件相似则确定了方程的特解。
理想不可压缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程
的表达式为：
2 u12 p2 u2 Z1 Z2 2g 2g
p1
这是能量守恒定律在流体力学中的特殊表达方式，请注
意式中各项的物理意义和几何意义
元流能量方程的典型应用是毕托管问题，请参照基础部
分的有关内容。
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组合成新的函数关系：
量纲化，得到7－3＝4个无量纲数：
p l k vd 、、、 2 v d d
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式中函数的具体形式由实验确定。实验得知，压差 p 与管长l成正比，因此： 这样，我们运用 定理，结合实验，得到了大家熟知的管流沿程损失公式。 由分析过程可见，参数无量纲化是关键，应给予充分的 重视，有时可以用单位分析来进行无量纲化。
Z1
p1
1v12
Z2
p2
2 2 v2
hl1 2
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u 3 dA v3 A
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伯努利方程的应用条件：
在均匀流或渐变流过流断面上，压强分布符合静压分布规律， 或者说各点的测压管水头为常数。
Z
p
C
在方程推导过程中使用了这一条件，所以要求能量方程的计 算断面为均匀流断面或渐变流断面。
质点为研究对象来描述流体运动，再将每个质点的运动情况汇总起 来，就描述了流体的整个流动。 迹线：一段时间内流体质点所走过的轨迹，是拉格朗日法形象描述 流体运动的工具。 B、欧拉法： 以流体运动的空间点作为观察对象，观察一个时刻各 空间点上流体质点的运动，再将每个时刻的情况汇总起来，就描述 了整个运动。 流线：在某一时刻，各点的切线方向与通过该点的流体质点的流速 方向重合的空间曲线称为流线 ，流线是欧拉法形象描述流体运动的 工具。流线上一点的切线方向即为该点的流速方向；流线不能是折 线；流线不能相交；流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小。