02 流体流动原理及应用 (3)
流体流动基本原理
一、流体的基本性质 3.粘度
(1)牛顿粘性定律
du dy
物理意义：单位速度梯度上剪应力的大小。 总与速度梯度有关，因此，流体粘性是针对运动的流体而言。 单位：Pa.s 或 kg/m.s 或 P (2) 气体混合物粘度 1P=100cP=0.1Pa.s
V
1/ 2 y M i i i 1/ 2 y M i i
图b
2 2 uB uA 即 PA PB g ( Z A Z B ) h f缩 小 h f 阀 .....(6) 2g
d 2 2d 1
uB 2 u A
2 2 uB uA (6)式 右 边: h f缩 小 h f 阀 h f 阀 Rc Rb 2g
PA PB g( Z A Z B ) h f阀
2 A
2 B
图b
u 2
2
.......... .......... .......... ( 4)
压差计读数： PA gZ A PB g( Z B Rb ) 0 gRb PA PB g( Z A Z B ) ( 0 ) gRb .......... .......... (5)
输入质量速率－输出质量速率＝质量积累速率
即 mS1 mS 2
V
dV
① 对于稳定流动有： mS 1 mS 2 ρ1 A1u1 ρ2 A2u2 C
② 对于同种不压缩流体： A1u1 A2u2 C0
dm S ③ 对于不稳定流动： F - D d
二、流体流动的基本原理 2.能量衡算(通过对能量衡算得柏努力方程)
h f 1 2
l u2 2 gh d 1 / 2 Z1 Z 2 h h u( ) d 2g l
化工原理 第二章 流体流动.
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 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。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：
0
p p0
T0 T
0
T0 p0
p T
Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m
a1
1
a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作
流体流动02-(静力学方程式及应用+连续性方程)
2. 平衡器里的液面高度维持在容器液面容许到达的最大高度处。
读数越小。当液面达到最大高度时，压差计的读数为零。
例 2 为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。 压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓
泡观察器 2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管 4的 流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压 差计读数 R的大小，反映贮罐 5 内液面高度。指示液为汞。 1、 分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为 R1或R2，试 推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2、当（ Z1 － Z2）＝ 1.5m， R1＝ 0.15m， R2＝0.06m时，试求石 油产品的密度ρP及Z1。已知Hg密度为13600kg/m3。
该液柱在垂直方向上受到的作用力有: （1）作用在液柱上端面上的总压力P1 P1= p1 A （N） （2）作用 在液柱下端面上的总压力 P2 P2= p2 A （N） （3）作用于整个液柱的重力G G =gA（Z1-Z2） （N）
由于液柱处于静止状态，在垂直方向上的三 个作用力的合力为零， 即 ： p1 A+ gA（Z1 - Z2）–p2 A = 0 令： h= （Z1 -Z2） 整理得： p2 = p1 + gh 若将液柱上端取在液面，并设液面上方的压 强为 p0 ； 则： p0 = p1 + gh 以上二式均称为流体静力学基本方程式，它 阐明了静止流体内部任一点流体静压力的大小与 其位置的关系。
扩张室：扩张室的截面积远大于U型管截面积（直径比1：10以
上），当读数R变化时，两扩张室中液面不致有明显的 变化。
按静力学基本方程式可推出:
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理中的流体流动是一个非常重要的概念，它涉及到化工工艺中许多关键环节，如管道输送、反应器内流动、搅拌反应等。
流体流动的研究不仅可以帮助我们更好地理解化工过程中的现象，还可以指导工程实践，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文将从流体流动的基本原理、流体力学方程、流体流动的类型以及流动特性等方面进行探讨。
首先，我们需要了解流体流动的基本原理。
流体力学是研究流体静力学和动力学规律的学科，其中流体流动是动力学的重要内容。
流体流动的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等。
质量守恒原理指出在流体流动过程中，单位时间内通过任意截面的流体质量不变；动量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的动量不变；能量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的能量不变。
这些基本原理为我们理解流体流动提供了重要的理论基础。
其次，我们需要了解流体力学方程。
流体力学方程是描述流体运动规律的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体的质量守恒规律，动量方程描述了流体的动量守恒规律，能量方程描述了流体的能量守恒规律。
通过这些方程，我们可以定量地分析流体流动的特性，为工程设计和优化提供依据。
接下来，我们需要了解流体流动的类型。
根据流体的性质和流动状态，流体流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内沿着同一方向以相对较小的速度均匀流动的状态，流线呈直线状并且不会相互交叉。
湍流是指流体在管道内以不规则的、混乱的方式流动的状态，流线呈曲线状并且会相互交叉。
不同类型的流体流动具有不同的特性，需要采用不同的方法进行研究和控制。
最后，我们需要了解流体流动的特性。
流体流动的特性包括速度分布、流动阻力、流体混合等。
速度分布描述了流体在管道内的速度分布规律，可以通过实验和模拟计算进行研究。
流动阻力是指流体在管道内流动时受到的阻力，它与管道的几何形状、流体的黏度等因素有关。
流体混合是指不同流体在管道内的混合过程，它对于化工反应器内的反应效果具有重要影响。
流体流动2资料.
第三节 流体流动现象（7）
1-3-1 流动过程的基本概念
定态流动和非定态流动
（1）定态流动：流体流动时，任一截面上流体 的性质（如密度、粘度）和流动参数（如流 速、压力等）不随时间而变。 （如下页图）
（2）非定态流动：流体流动时，任一截面上流 体的性质（如密度、粘度）和流动参数（如 流速、压力等）随时间而变。（如下页图）
第三节 流体流动现象（1）
流体动力学
主要研究内容：
流体在管内流动时的规律
即： 流速、压力等参数的变化规律
第三节 流体流动现象（2）
1-3-1 流动过程的基本概念
一、流量：单位时间内流过管道任一截面的流体
量（体积或质量）
说明：（1）若流量用体积来计算，称为体积流量，
以 qV 表示，单位：m3/s 。
流速则随管道的截面积A 和密度ρ的不
同而不同。
说明：该方程非常重要，反映了管道截面上流速
的变化 规律
第四节 质量、能量和动量衡算（4）
3-2-2 流体流动时的物料衡算—连续性方程
二、讨论：
1. 对不可压缩流体（液体）， ρ =常数
则： A1u1 = A2u2 or: u1 A2
2. 对圆形管道
u2
（2）若流量用质量来计算，称为质量流量，
以 qm 表示，单位：kg/s 。 （3）两者关系为： qm=qVρ (ρ－密度）
第三节 流体流动现象（3）
1-3-1 流动过程的基本概念
二、流速：单位时间内流体在流动方向上流过的
说明:
距离，单位：m/s
（1）实际上，管道内各流体质点的速度是不
一样的（因为粘性），管中心的流体质点流速
第三节 流体流动现象（8）
水流运动的基本原理有哪些
水流运动的基本原理有哪些水流运动的基本原理主要包括流体力学的基本原理、牛顿力学原理以及流体的性质和特点。
下面将详细介绍这些原理。
1. 流体力学的基本原理：流体力学是研究流体运动的学科，对于水流运动的研究具有重要意义。
其基本原理包括连续性方程、动量方程和能量方程。
（1）连续性方程：连续性方程是描述流体连续性的基本原理，即在稳态流动的情况下，流体的质量守恒。
连续性方程可以表述为：流入和流出流体的质量之和等于流过单位面积的质量流量。
（2）动量方程：动量方程描述了流体在流动过程中的动量变化。
根据牛顿第二定律，流体受到的合外力等于流体质量与加速度的乘积。
动量方程可以表示为：流体单位体积内的动量增量等于流体单位体积内合外力的作用。
（3）能量方程：能量方程描述了流体在流动过程中的能量变化。
根据能量守恒定律，流体的总能量等于流体的内能、动能和势能之和。
能量方程可以表示为：流体单位体积内的能量增量等于流体单位体积内的能量产生和能量耗散之差。
2. 牛顿力学原理：牛顿力学原理是描述物体运动的基本原理，也适用于水流运动的分析。
根据牛顿第二定律，物体受到的合外力等于物体质量与加速度的乘积。
在水流运动中，水流也受到外力的作用，如重力、浮力和摩擦力等。
根据牛顿力学原理，可以通过分析水流受力情况来确定水流的运动情况。
3. 流体的性质和特点：水是一种典型的流体，具有以下特点和性质对水流运动起到重要作用：（1）流体的连续性：流体具有连续性，即流体内部各点的性质是连续变化的。
水流运动过程中，水流速度和压力等物理量在空间上是连续分布的。
（2）流体的粘性：流体具有一定的粘性，即流体内部不同层之间存在相对滑动的阻力。
粘性会使水流受到内摩擦力的作用，导致水流的速度分布不均匀。
（3）流体的不可压缩性：水是可压缩性较小的流体，即在大多数流动条件下，水的密度变化可以忽略不计。
这一特性使得水流在传输、分配和控制过程中能保持较稳定的流动性能。
综上所述，水流运动的基本原理包括流体力学的基本原理、牛顿力学原理以及流体的特性和性质。
流体动力学原理的应用
流体动力学原理的应用1. 简介流体动力学原理是研究流体运动规律和力学性质的学科。
它广泛应用于各个领域，包括工程、物理学、地球科学等。
本文将介绍流体动力学原理的应用，包括以下几个方面：2. 流体力学流体力学是流体动力学研究的基础，它研究流体的运动规律和力学性质。
在工程领域中，流体力学的应用非常广泛，包括以下几个方面： - 水力学：水力学是研究水流的运动规律和力学性质的学科，广泛应用于水利工程、水电站设计等领域。
- 空气动力学：空气动力学研究空气的运动规律和力学性质，广泛应用于飞机设计、汽车设计等。
- 燃烧动力学：燃烧动力学研究燃烧过程中的流动现象和热传递，广泛应用于燃烧工程、能源开发等。
3. 水力学的应用水力学是流体力学的一个重要分支，主要研究水流的运动规律和力学性质。
它在水利工程、环境工程等领域有着重要的应用，包括以下几个方面： - 水电站设计：水力学在水电站设计中起着重要作用，可以通过研究水流的运动规律和力学性质，确定水轮机的类型和参数，优化水电站的设计。
- 泥沙输移研究：水流中的泥沙对水利工程的影响很大，水力学可以研究泥沙在水流中的运动规律，为河道疏浚和航道维护提供理论支持。
- 水资源管理：水力学可以通过研究水流的运动规律和力学性质，提供水资源管理的科学依据，包括水库调度、水源保护等。
4. 空气动力学的应用空气动力学研究空气的运动规律和力学性质，广泛应用于飞机设计、汽车设计等领域。
以下是空气动力学的应用案例： - 飞机设计：飞机的空气动力学性能对其飞行性能和安全性有着重要影响，空气动力学可以研究飞机在不同速度和高度下的飞行特性，为飞机的设计和改进提供理论依据。
- 汽车设计：汽车在高速行驶时面临空气阻力的挑战，空气动力学可以研究汽车在不同速度下的空气阻力和操控性能，为汽车的设计和改进提供支持。
- 高铁设计：高铁列车在高速行驶时也会面临空气阻力的影响，空气动力学可以研究列车在不同速度下的空气阻力和振动特性，为高铁的设计和改进提供参考。
液体流动原理
液体流动原理液体流动是指液体在容器或管道中运动的过程。
液体流动原理的研究对于工程、物理和化学领域都具有重要的意义。
了解液体流动的原理可以帮助我们更好地设计流体系统，提高效率，减少能耗，同时也有助于了解自然界中的各种流体现象。
一、液体的流动性质液体具有自己的形状，但没有固定的体积。
当液体受到外力作用时，会发生形状的变化，但体积保持不变。
液体的流动主要包括黏性和流速两个方面。
1. 黏性：液体的黏性是指液体分子间相互作用力的一种表现，影响着液体的黏度和内摩擦力。
黏度越大，液体流动越困难，黏性越小，液体流动越容易。
2. 流速：液体的流速是指单位时间内液体的通过某一截面的体积。
流速与管道直径、液体黏度以及施加在液体上的压力差有关。
增大管道直径和压力差可以增加液体的流速，而增大黏度则会减小流速。
二、液体流动的基本方程液体流动的基本方程为连续性方程和伯努利方程。
1. 连续性方程：连续性方程表明液体在管道中流动时，流速与截面积成反比。
即液体通过一段管道的质量流量是恒定的。
连续性方程可用下式表示：Q = Av其中，Q表示液体通过截面的质量流量，A表示截面积，v表示液体的流速。
2. 伯努利方程：伯努利方程是液体力学的基本定律之一，描述了液体在流动过程中压力、速度和高度之间的关系。
在不考虑黏性损失的情况下，伯努利方程可以表示为：P + 1/2ρv² + ρgh = 常数其中，P表示液体的压力，ρ表示液体的密度，v表示液体的流速，g表示重力加速度，h表示液体的高度。
三、液体流动的应用液体流动原理在工程和科学研究中有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1. 水力工程：液体流动原理被广泛应用于水力发电、水泵设计和水资源管理等领域。
通过研究液体的流动特性，可以有效地设计水力系统，提高能量利用效率。
2. 管道输送：液体流动原理被应用于管道输送系统的设计和优化。
通过合理地选择管道直径、施加压力差和减小黏性损失，可以提高流体的输送效率，减少系统的能耗。
流体力学的应用及原理
流体力学的应用及原理引言流体力学是研究流体运动与流体力学性质的科学，广泛应用于各个领域。
本文将介绍流体力学的应用以及其基本原理。
流体力学的应用以下是流体力学在各个领域的应用：1. 工程•水力工程：流体力学应用于水坝设计、水流调节和水力发电等方面。
通过对水流的流动性质和水力学原理的研究，可以优化水力系统的设计，提高水力发电效率。
•空气动力学：流体力学应用于飞机设计、汽车空气动力学以及建筑物结构的设计中。
通过研究气体的流动行为，可以优化飞机、汽车和建筑物的外形，减少气动阻力，提高效率和安全性。
2. 生物医学•循环系统：流体力学在心血管领域的应用十分重要。
通过研究血液的流动特性，可以帮助诊断心血管疾病，并优化心血管手术和器械设计。
•呼吸系统：流体力学也应用于呼吸系统的研究中，如研究气道流动、药物传输和人体呼吸机的设计等。
通过模拟人体呼吸系统的流动，可以帮助了解气道疾病的发病机理和药物的传输效果。
3. 石油和能源•油气田开发：流体力学对于石油和天然气的开采和储运过程起着至关重要的作用。
通过对地下油气在岩石孔隙中的流动行为的研究，可以优化开采工艺，提高生产效率。
•燃烧和能源传输：流体力学应用于燃烧和能源传输过程的研究中。
通过对燃烧过程的流动、传热和质量传输的模拟与分析，可以优化能源设备的设计和改进燃烧效率。
流体力学的基本原理流体力学研究的基本原理包括：1.流体力学方程•连续性方程：描述了流体的质量守恒原理，即流体在流动过程中质量的守恒。
•动量方程：描述了流体运动的力学原理，即流体受力和加速度之间的关系。
•能量方程：描述了流体的能量守恒原理，即流体在流动过程中能量的守恒。
2.流体静力学•压力：某一点上的压力是垂直于该点上各个方向的小面元上的压力力的矢量和的结果。
•流体静力学定理：描述了在静止流体中压强的变化和流速的关系。
3.流体动力学•流体受力：液体分子间相互作用力引起压力，气体分子间相互作用力引起压力和黏性力。
流体的流动和运动
流体的流动和运动流体是一种特殊的物质状态，在自然界和工业过程中广泛存在并发挥重要作用。
流动和运动是流体力学研究的核心内容，涉及流体的运动规律、流速分布以及流体与固体的相互作用等多个方面。
本文将从流体的流动特性、流体的运动规律以及应用领域等方面进行讨论。
一、流体的流动特性流体的流动特性是指流体在受到外力作用下，由一处向相邻处移动的过程。
流体可以分为液体和气体两类，在流动过程中会表现出不同的特性。
液体的流动特性主要体现在以下几个方面：1. 粘性：液体具有一定的黏滞性，即流体的内部分子之间会产生相互作用力，使得流体的流动呈现阻力和粘滞现象。
2. 不可压缩性：液体的体积在受到外力作用时几乎不发生变化，流体在流动过程中体积保持不变。
3. 补偿性：液体可以填充容器内的各个角落，具有一定的变形和补偿能力。
气体的流动特性主要包括：1. 可压缩性：气体在受到外力作用时会发生较大的体积变化，流体在流动过程中体积不固定。
2. 低粘性：气体的粘滞性较低，流体之间的相互作用力相对较弱，气体的流动速度较高。
二、流体的运动规律流体的运动规律是指流体在流动过程中遵循的物理规律和数学表达方式，主要包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等定律。
1. 质量守恒定律：质量守恒是指在流体运动过程中，流体的质量保持不变。
根据质量守恒定律可以得出流体连续性方程，描述流体在空间中的质量流动情况。
2. 动量守恒定律：动量守恒是指在流体运动过程中，流体的总动量保持不变。
根据动量守恒可得到动量方程，描述流体的速度和压力分布。
3. 能量守恒定律：能量守恒是指在流体运动过程中，流体的总能量保持不变。
能量守恒方程描述了流体在各个位置上的总能量变化情况。
三、流体的流动和运动的应用领域流体的流动和运动在许多领域都有广泛的应用，例如：1. 工程领域：流体力学在工程领域中的应用非常广泛，涉及水力学、气动学、热力学等多个方面。
例如，在水电站的设计与运营中，需要研究水的流动特性和水轮机的效率；在航空航天工程中，需要研究空气动力学和飞行器的气动性能。
水流的原理有哪些应用
水流的原理有哪些应用1. 水流的原理水流的原理是指水在地球引力的作用下，沿着一定的路径流动的现象。
水流的原理主要包括以下几个方面：1.1 水分子结构和运动水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，呈三角形结构。
水分子由于氢键的作用，使得水分子具有较高的表面张力和黏性。
当水分子受到外力的作用时，会发生位移和变形。
1.2 重力和压力水流的运动受到重力和压力的影响。
重力使得水流沿着下坡的方向流动，而压力则使得水流能够克服阻力。
水流的速度与水流的压力有关，流速越快，压力越大。
1.3 流体动力学原理水流的运动还受到流体动力学原理的影响。
流体动力学原理研究流体在受力下的运动规律，包括流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒等原理。
利用这些原理可以解释水流的流动和受力情况。
2. 水流的应用由于水流的原理具有独特的物理特性，因此在生活和工业中有着广泛的应用。
以下是水流原理在不同领域的应用：2.1 水力发电水流的运动转化为机械能，然后再被转化为电能，是水力发电的原理。
通过引导水流经过涡轮，水流的动能被转化为机械能，再通过发电机转化为电能。
水力发电是一种清洁、可再生的能源，广泛应用于发电厂和水电站。
2.2 水流清洗水流的高速冲击力可以有效清洗物体表面的污垢和杂质。
高压水枪是利用水流的原理，通过增加水流速度来提高冲击力，从而达到清洗的效果。
水流清洗广泛应用于汽车、建筑物、道路等领域。
2.3 水流输送水流的流体运动特性使得其可以用作输送介质。
水流可以通过管道、河流等方式输送物质，如输送混凝土的泵车、输送石油和天然气的管道等。
利用水流输送可以提高工作效率，降低能耗。
2.4 水流驱动机械水流的动力可以用于驱动机械设备。
例如水力机械、涡轮机、喷气推进等。
利用水流驱动机械的原理，可以实现水力挖掘机、泵浦等工程设备的运转。
2.5 气候调节和热交换水流的流动可以通过吸收和释放热量，起到调节气候的作用。
例如通过水流调节空调系统的温度和湿度，或者通过水流散发热量实现热交换等。
环工原理流体流动第二节讲稿
目录
• 引言 • 流体流动的基本原理 • 流体动力学方程 • 流体流动的阻力 • 流体流动的测量 • 流体流动的应用实例
01
引言
课程背景
01
环工原理是环境工程学科的核心 基础，涵盖了流体、固相、化学 反应等基本原理。
02
流体流动在环境工程中具有广泛 的应用，如水处理、大气污染控 制、土壤修复等。
以减小局部阻力。
提高流体流速
适当提高流体流速可以减小湍 流阻力和局部阻力，但需要注 意不要超过管道的极限流速。
05
流体流动的测量
压力测量
绝对压力
指在容器内，气体压力与 大气压力之和，以绝对压 力零点为基准。
表压力
指在容器内，气体压力与 大气压力的差值，以大气 压力为基准。
真空压力
指在容器内，气体压力低 于大气压力的部分，以大 气压力为基准。
管道排污
城市污水通过管道收集并输送到污水处理厂进行 处理。
泵和压缩机
泵的应用
泵是输送液体的机械，可用于农田灌溉、排水、消防等领域 。
压缩机的应用
压缩机用于压缩气体，广泛应用于工业生产、制冷、空调等 领域。
流体机械
水轮机
利用水流驱动水轮机转动，转化为机 械能，可用于发电、灌溉等领域。
汽轮机
利用蒸汽或燃气驱动汽轮机转动，转 化为机械能，可用于发电、化工等领 域。
湍流
流体流动时，各部分之间剧烈混杂，流速较高，如河水在河床中的流动。
流体流动的能量守恒
能量守恒定律
伯努利方程
流体流动过程中，流体的机械能（动能和 势能）和内能之间保持守恒。
在不可压缩、无摩擦的理想流体中，流体 的动能、势能和内能之和保持不变，即流 体的总能量保持不变。
流体力学的原理与应用
流体力学的原理与应用流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，广泛应用于工程、地质、气象等领域。
本文将介绍流体力学的基本原理和其在实际应用中的重要性。
一、流体力学的基本原理1. 流体的定义流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
与固体相比，流体的分子间距离较大，分子之间的相互作用力较弱。
2. 流体的运动规律流体的运动规律可以通过连续介质假设和牛顿第二定律来描述。
连续介质假设认为流体是连续分布的，可以用流体的密度、速度和压力等宏观量来描述。
牛顿第二定律则描述了流体中的质点受力和加速度之间的关系。
3. 流体的静力学流体的静力学研究的是流体在静止状态下的性质和力学行为。
根据帕斯卡定律，流体中的压力在各个方向上是均匀的。
根据阿基米德原理，浸没在流体中的物体受到的浮力等于其排开的流体的重量。
4. 流体的动力学流体的动力学研究的是流体在运动状态下的性质和力学行为。
流体的运动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指流体在管道或河道中的流动呈现出分层的状态，流速分布均匀。
湍流是指流体在管道或河道中的流动呈现出混乱的状态，流速分布不均匀。
二、流体力学的应用1. 工程领域流体力学在工程领域中有着广泛的应用。
例如，在水利工程中，流体力学可以用来研究水流的流速、流量和水压等参数，以便设计和优化水利设施。
在航空航天工程中，流体力学可以用来研究飞机和火箭的气动性能，以便提高其飞行效率和安全性。
2. 地质领域流体力学在地质领域中也有着重要的应用。
例如，在石油工程中，流体力学可以用来研究油井中的油水气流动规律，以便优化油井的开采效率。
在地下水资源开发中，流体力学可以用来研究地下水的流动和污染传输，以便保护地下水资源的安全和可持续利用。
3. 气象领域流体力学在气象领域中也有着重要的应用。
例如，在气象预报中，流体力学可以用来研究大气中的气流运动规律，以便预测天气变化和灾害风险。
在气候模拟中，流体力学可以用来研究地球大气系统的运动和能量传输，以便预测气候变化和评估气候变化对人类社会的影响。
流体的工作原理
流体的工作原理流体的工作原理是指液体和气体在受到外力作用时所表现出的特性和行为，涉及流体的力学性质和物理特性。
流体力学是研究液体和气体的运动和静力学性质的学科，广泛应用于各种领域，如航空、航天、水利、能源等。
液体和气体都是由分子组成的，它们之间的区别在于分子之间的间隔和运动方式。
在液体中，分子之间的间隔较小，能够维持一定的形状和容积，而气体中分子之间的间隔较大，分子运动自由，在给定的容器内会扩散和扩散。
液体和气体的运动原理可以通过流体的连续性方程和爱因斯坦运动方程来描述。
连续性方程是质量守恒的数学表达式，它表明在流体流动过程中，单位时间内经过截面的质量是恒定的。
爱因斯坦运动方程则是描述流体运动的动力学方程，它包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
在流体中，存在着压强和流速之间的关系，即伯努利定律。
伯努利定律是流体动力学的基本定律之一，它描述了流体在沿流动方向上的速度增加时，其静压力会下降的现象。
伯努利定律的数学表达式为P+ρv^2/2+ρgh=const，其中P是压强，ρ是流体的密度，v是流速，h是流体表面的高度。
液体和气体在流动过程中会遇到阻力，这是由于分子之间碰撞以及与容器壁的摩擦所引起的。
阻力的存在会使流体的速度减小，从而导致能量损失。
根据伯努利定律，当流体通过管道或其他狭窄的通道时，流速会增加，压强会减小。
这也解释了为什么水管的出口比入口处压力要小。
流体的工作原理还与流体的黏性有关。
黏性是流体运动中的一种内摩擦力，与流体分子之间的相互作用有关。
黏性会阻碍流体的流动，使其流体层之间发生滑动和变形。
黏性也是流体在微观尺度上的一个重要性质，对于微小尺度的流动和粘弹性的表现有着重要的影响。
流体力学的研究内容还包括流体动力学和流体静力学。
流体动力学主要研究流体的运动、流速分布、流量计算等问题。
而流体静力学研究的是流体在静止状态下的性质和行为，即压强分布、静压力计算等。
总的来说，流体的工作原理是通过流体力学的原理和公式来解释液体和气体的运动和静力学特性。
02 流体流动原理及应用 (3)
2 2
2
c2
c2r
c2u
u2
c2u
Q u2 ctg 2 2r2 b2
w1
1
1
u1
c1
理论压头H
1 1 2 Qu 2 Q 2 H u2 ctg 2 r2 ctg 2 g 2r2 b2 2b2 g
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
N
N
电
电功率
N 电出
传
N
N N电出 传 电机 N电出 电功率 电
Ne
Ne N
泵
• 轴功率和效率
（1）容积损失：
内漏
离心泵的主要性能参数
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
离心泵的安装高度ZS
刚好发生汽蚀时， pk＝pv， pe达到最小值pe,min。
在s-s面、e-e面间列机械能衡算：
pe ,min ue2 ps z s ,max h f s e g g 2g
p s pe ,min ue2 z s ,max h f s e g g 2 g p s p pe ,min ue2 p h f se g 2 g g g
与效率有关的各种能量损失：
（2）水力损失
环流损失、阻力损失和冲击损失
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械 容积 损失 损失
水力 损失
小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上
N
流体力学——2流体运动基本原理详述
例如，依据连续介质假设，可以将流体的密度定义为：
m lim V V0 V
V0为质点体积，其在宏观上充分小，在微观上又充分大，流体 质点内包含很多分子。因此从宏观上看可以忽略质点的体积：
m lim V 0 V
§2.1.2 流体运动的基本特性参量
描述运动状态的量：流速u； 和运动有密切关系的流体特性：压强 p，密度ρ，温度T，含 有物浓度c 。
其中流速u和压强 p 是矢量，密度 ρ 、温度T和浓度C是标量。
§2.1.3 描述流体运动的两种方法
①拉格朗日法
以单个运动质点为对象，研究其在整个运动过程中的轨迹及其 运动要素随时间的变化规律。 位置坐标： x x(a, b, c, t )
y y(a, b, c, t )
z z (a, b, c, t )
对上述展开式作一些恒等变换：
以x方向为例：
uMx ux ux u u x x y x z x y z
1 u x u x 1 u x u y 1 u u ux ( ) x ( ) y ( x z ) z 2 x x 2 y x 2 z x 1 u x u y 1 u u ( ) y ( x z ) z 2 y x 2 z x
第一部分 第二部分 第三部分
绪论 水流运动的基本规律 流体中物质输运的基本理论及解析解
•分子扩散 •移流扩散 •紊动扩散 •剪切流离散
第四部分 第五部分 第六部分 第七部分
污染物在河流中的扩散与混合 射流、羽流及浮射流 水质模拟 数值模拟方法基础
第二部分
水流运动基本规律
§2.1 描述流体运动的几个概念
质点速度：
ux ux ( x, y, z, t )
流体流动原理的应用
流体流动原理的应用1. 流体力学基础知识1.1 流体的定义和性质•流体是指在外力作用下可以自由流动的物质，如液体和气体。
•流体具有流动性、变形性和可压缩性。
1.2 流体静力学原理•流体静力学研究不可压缩流体在静止状态下的力学行为。
•流体静力学原理用于解决静止流体体系中的压力、力和浮力等问题。
2. 流体流动的基本原理2.1 流体动力学方程•流体动力学方程描述了流体的运动规律，包括连续性方程、动量方程和能量方程。
2.2 流体流动的稳定性原理•流体流动的稳定性原理研究了流体流动过程中的稳定性和不稳定性问题，对于流体力学系统的设计和分析具有重要意义。
2.3 流体流动的速度分布特性•流体流动的速度分布特性受到管道形状、流体性质和流动条件等因素的影响。
•通过研究流体流动的速度分布特性，可以优化流体力学系统的设计和性能。
3. 流体流动原理的应用3.1 水力传动系统•水力传动系统利用液体流体的力学原理将能量传递到需要的地方。
•水力传动系统广泛应用于机械、工程和航空航天等领域。
3.2 管道输送•管道输送是利用流体流动原理将液体或气体输送到目的地的过程。
•管道输送在石油、天然气、水力发电等领域起着重要的作用。
3.3 风洞实验•风洞实验利用气体流动原理模拟大气中的流动情况，用于飞行器、汽车等的气动性能研究和设计验证。
3.4 水力发电•水力发电利用流体流动原理将水的动能转化为电能。
•水力发电是一种清洁、可持续的能源，具有重要的环境和经济意义。
3.5 气动力学应用•气动力学应用于飞行器、汽车、建筑物等的设计和性能优化，研究空气流动的性质和行为。
4. 总结通过对流体流动原理的应用的探讨，我们可以看到流体力学在工程和科学研究中具有广泛的应用价值。
了解流体流动原理不仅有助于解决实际问题，还有助于优化设计和提高效率。
随着技术的不断进步，流体力学的应用将会进一步拓展，并为我们创造更多的可能性。
流体流动原理的研究和应用是一个不断发展的领域，值得我们持续关注和探索。
流体传动原理在生活的应用
流体传动原理在生活的应用1. 概述流体传动原理是指在液体（水、油等）或气体（空气）中传递动力或承担工作的原理。
它通过液体或气体的压缩、扩张、流动等来实现力的传递和功的转换。
流体传动广泛应用于各个领域，包括工业、交通运输、建筑、农业等。
以下是几种流体传动原理在生活中的应用。
2. 液压系统液压系统是利用液体传递力和能量的流体传动系统。
在生活中，我们常见的液压系统包括汽车刹车系统和升降机系统。
•汽车刹车系统：液压系统在汽车刹车系统中起到重要作用。
液压刹车系统由主缸、液压管路、制动缸和制动器等组成。
当车辆踩下刹车踏板时，主缸内的液体受到压力，通过液压管路传递到制动缸和制动器上，从而达到制动的效果。
•升降机系统：升降机系统是通过液压系统实现起升和下降功能的设备。
在高层建筑中常见的升降机就是一个典型的例子。
液压系统可以通过液体的压力来提供升降机的动力，并通过液压缸来实现升降过程。
3. 气压系统气压系统是利用气体传递力和能量的流体传动系统。
在生活中，我们常见的气压系统包括气动工具和空气制冷系统。
•气动工具：气动工具是利用气压系统提供动力的工具，常见的有气动钉枪、气动螺丝刀等。
气动工具的工作原理是通过空气压缩机产生的气压将气体储存起来，然后通过管道输送到气动工具，使其产生动力，从而完成工作。
•空气制冷系统：空气制冷系统是利用气压系统实现空气冷却的系统。
空调就是一个常见的应用了。
空气制冷系统通过压缩机压缩制冷剂，使其变成高压气体，然后通过气压系统来吸收空气中的热量，使空气凉爽。
4. 水力系统水力系统是利用水流传递力和能量的流体传动系统。
在生活中，我们常见的水力系统包括水力发电和水力起重系统。
•水力发电：水力发电是利用水的动能转换为电能的一种方式。
在水力发电厂，水从高地势区域通过管道引流到发电机组，水流的动能驱动水轮机转动，进而带动发电机发电。
•水力起重系统：水力起重系统是一种利用自然水流或压缩水来进行起重和运输工作的系统。
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N e QgH N N
离心泵特性曲线的影响因素
2 泵在原转速n下的特性曲线方程 H A BQ
n Q Q n n H H n
n H A BQ 2 n
2
2
n n H A B Q 2 n n H
w1
1
c1
u1
w1 、w2孰大？
c 2 u2 cos 2 c1 u1 cos 1 H g
则cos1=0。于是
理论压头H
r2
c2r c2
c2u b2
离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90
c 2 u2 cos 2 c 2 u u2 H g g
w2
又 Q 2r2 b2 c 2r
2>90
2=90
w2 2
后弯叶片
径向叶片
前弯叶片
理论压头H
似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H 为最高。但实际 上泵的设计都采用后弯叶片。Why？ w2 w2 w2 c2 c2 c2 c2小，泵内流动阻力损失小
回忆： 思考： 为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？ 思考： 为什么导轮的弯曲 方向与叶片弯曲方向 相反？
p2
p2
p1
1 ~ 1.15
p1
4
p2 p1
终压p2>4atm，压缩比
p2 p1
4
终压为大气压，压缩比近似
一、离心泵
离心泵-组成
•1-叶轮 •2-泵壳 •3-泵轴 •4-吸入管 •5-底阀 •6-压出管
离心泵-叶轮
Qingye
闭式：清夜；半闭式：易沉或含颗粒；开式：含杂质 悬浮液
离心泵-轴向力
与效率有关的各种能量损失：
（2）水力损失
环流损失、阻力损失和冲击损失
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械 容积 损失 损失
水力 损失
小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上
N
Ne
离心泵的特性曲线
上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由 厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常 用的共有三条线，如图。
r2
c2r c2
c2u b2
思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样 的关系？ w2 讨论： （ 1 ） H 与流量 Q 、叶轮转速 、叶 2 2 轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；
（ 2 ）叶轮直径越大、转速越大， 则H越大；
1
2
c2
c2r
c2u
u2
w1
1
u1
c1
（3）在叶轮转速、直径一定时，流量 Q 与理论 压头 H的关系受装置角 2 的影响如下：
设计点
液体性质 密度:
离心泵特性曲线的影响因素
QgH
对H~Q曲线、~Q曲线无影响，但 N
故，N~Q曲线上移。
2 u2
H
Qu2 Q 2 ctg 2 r2 ctg 2 2r2b2 2b2 g g
黏度: 当比20℃清水的大时，H，N， 实验表明，当<20倍清水的黏度（ 20℃ ）时，对特 性曲线的影响很小，可忽略不计。
流体输送机械分类： 介质： 液体——泵 气体——风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式（容积式）：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
离心式气体输送机械
速 度 式 按工作原理分 容 积 式
通 风 机 鼓 风 机 按用途分 压 缩 机 真 空 泵
终压p2<1.15atm，压缩比 终压p2<4atm，压缩比
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
N
N
电
电功率
N 电出
传
N
N N电出 传 电机 N电出 电功率 电
Ne
Ne N
泵
• 轴功率和效率
（1）容积损失：
内漏
离心泵的主要性能参数
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
叶片后弯，2<90，ctg2>0， 即H随流量增大而减小； 叶片径向，2=90，ctg2=0， 即H不随流量而变化； 叶片前弯，2>90，ctg2<0， 即H随流量增大而增大。
w2 2 w2 2
1 1 2 Qu2 Q 2 H u2 ctg 2 r2 ctg 2 g 2r2b2 2b2 g
原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大， w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。
2 2 p 2 p1 w1 w2 g 2g 2
c2
2
2 2 p2 p1 u2 u1 2 1
1
c1
理论压头H
H
2 2 2 2 2 2 u2 u1 w1 w2 c2 c1 2g 2g
实际压头H 实际压头比理论压头要小。具体原因如下
（1）叶片间的环流运动 此损失只与叶片数、液 体黏度等有关，与流量几 乎无关。 考虑这一因素后，图中 理论压头线a变为直线b 。
b
：
实际压头H
（2）阻力损失 此损失可近似视为与流 速的平方呈正比。
考虑到这项损失后， 压头线变为曲线c 。
b c
实际压头H
离心泵的安装高度ZS
刚好发生汽蚀时， pk＝pv， pe达到最小值pe,min。
在s-s面、e-e面间列机械能衡算：
pe ,min ue2 ps z s ,max h f s e g g 2g
p s pe ,min ue2 z s ,max h f s e g g 2 g p s p pe ,min ue2 p h f se g 2 g g g
离心泵的安装高度ZS
思考：安装高度为什么受限制？
叶片背面
汽蚀现象：
当pk＝pv 时，K处发生部分汽化现象。 叶片表面产生蜂窝状腐蚀 ； 泵体震动，并发出噪音；
流量、压头、效率都明显下降；
严重时甚至吸不上液体。 为避免汽蚀现象，安装高度必须加 以限制，即存在最大安装高度ZS,max。
2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许
离心泵-泵壳与导轮
导轮固定在泵体上，其弯曲方向与叶轮相反，减少能量 损失。
离心泵的主要性能参数
离心泵的主要性能参 数
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
铭 牌
离心泵的主要性能参数 • 转速 • 流量
可测量。
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 n，单位r.p.s或r.p.m 允 许 汽 蚀 余 量 Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。
1.7.1 流体输送设备-离心式
管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与工 厂之间联系的通道，流体输送机械是这种联系的动力 所在。以供料点和需料点为截面列柏努利方程：
p u 2 he z h f g 2 g
采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体 的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力， 也可能几种目的兼而有之。
u2 c 2 u ctg 2 c 2r
2 2
2
c2
c2r
c2u
u2
c2u
Q u2 ctg 2 2r2 b2
w1
1
1
u1
c1
理论压头H
1 1 2 Qu 2 Q 2 H u2 ctg 2 r2 ctg 2 g 2r2 b2 2b2 g
叶轮转速
离心泵特性曲线的影响因素
当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形 相似的近似假定，可推知：
Q n Q n H n H n 3 N n N n
2
比例定律
若不变，则
思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2 ，则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？
H~Q曲线
平 坦 型 陡 降 型 驼 峰 型
N~Q曲线 ~Q曲线 测定条件： 固定转速， 20C清水
离心泵的特性曲线
由图可见： Q，H ，N，有最大值（设计点）。
思考： 离心泵启动时出 口阀门应关闭还 是打开，why？ 为什么Q＝0时 ， N 0 ？
０2
高效区
最高效率5％～8％ 区域为泵高效区
2r
c2
2
2 p2 p1 2 F dr c rdr 1 r1 r1
2 2 u u 1 2 2 1 r2 r12 2 2 2
1
c1
在1与2之间列伯努利方程式，得：
理论压头H
H
2 p 2 p1 c 2 c12 g 2g
（3）冲击损失 在设计流量下 ，此项损 失最小。流量若偏离设计量 越远，则冲击损失越大。
考虑到这项损失后，压 头线应为曲线d。
w2 2 2
2
c2 u2
b c d
设计 流量
w1 1 1 c1
u1
• 轴功率和效率
离心泵的主要性能参数
有效功率Ne=mswe＝QgH，单位W 或kW 轴功率， 用N表示，单位W 或kW 效率，无量纲 三者关系（如图）： N e QgH
u2 u2 u2
后弯叶片 径向叶片 前弯叶片
1 Qu 2 1 2 Q 2 H u2 ctg 2 r2 ctg 2 g 2r2理论压头 b2 g 2b2 H