矿山机械基础知识

3 ．过流断面、流量、平均流速 1）过流断面：和液流流动方向相垂直的液流横 断面积，叫做过流断面。流线彼此平行时过流断 面为平面；流线彼此不平行时，过流断面为曲面， 如图 1一 13 所示。 在过流断面上，液体与固体周界的接触线长称 为湿周或润周，如图 1 一 14 所示。 总流的过流断面面积与湿周之比称为水力半径， 用符号 R 表示，即：R=A/X
二、液流在管路中的水头损失 液体在管路中流动时，必然要遇到各种阻力，为 了克服这些阻力，就要损失一定的能量（水头）。 这种能量损失有两种，即沿程水头损失和局部水 头损失。
1 ．沿程水头损失 液流在管路的直线部分损失的水头，即由流体和 管壁之间的摩擦以及流体内部之间的内摩擦力而 产生的，叫沿程水头损失，用 hy表示，可按下式 来确定： hy＝λ×L/d×v2/2g。 2 ．局部水头损夫 液流在管路的弯头、闸阀、逆止阀、异径接头、 滤水器和底阀、三通、四通等非直线的局部所损 失的水头（即流体流动情况发生变化，流体微团 互相碰撞变形消耗能量而产生的），叫局部水头 损失，用hj表示，可按下式确定：hj = ξv2/2g。
( 2 ）在质量力不仅是重力还有惯性力（相对平衡液体）时，等 压面不一定是水平面。如图 1 一 4 所示，圆筒容器以等角速度围绕 中心轴转动时，其自由面（等压面）为一抛物面。
2 ．连通器 所谓连通器，就是互相连通的两个或几个容器， 如图 1 一 5 所示。
总之，对于仅受重力作用的平衡液体的等压面可总结出 以下两条： ( l ）在连通器的同一种液体中，任何一个水平面皆为等 压面。 ( 2 ）在连通器的两种不相混的液体中，通过两种液体分 界面的水平面是等压面。
三、等压面与连通器 1 ．等压面 由流体静力学的基本方程可知，在重力作用下的 静止液体中，距任一从准而高度 h 相等的各点， 压力是相等的。这些压力相等的点所组成的面叫 做等压面，如图1一 3 所示。显然，重力作用下的 静止液体中，任意一个水平而都是等压面。但必 须注意，这个结沦只对互相连通而又是相同的液 体才适用。如果中间被气体或另一种液体隔断， 以及不相连通的液体，同一水平面并不是等压面。
ρ—液体的密度， kg / m3，m—液体质量， kg ; v—液 体体积， rn3
ρ=m/v
重度：液体单位体积内所具有的重量，叫做液 体的重度，用符号γ表示。γ=G/v G ― 液体的重力， N 。重力是地球对液体质量 的吸引力； γ― 液体的重度， N ／m3 液体重度和密度与压力和温度有关，但因其 变化很小，一般也可以看成是不变的，故视为常 数。 根据重力和质量的关系，重度和密度具有下列关 系: γ=g.ρ 式中 ：g 为重力加速度，计算 时采用 g = 9 . 81m/s2。
2 ．流线、迹线和流束 1）流线：流线是流场中某一瞬间的一条空间曲 线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方 向与曲线在该点的切线方向重合。 2 ）迹线：迹线是流体的某一质点，在某一时间 内的运动轨迹。 3 ）流束：在流动液体中取出一个微小的封闭曲 线，经曲线上的每一点绘出流线，这些流线组 成流管，流管中所包括的一小束流体就叫做流 束，如图 1一 12 所示。 无数微小流束加起来就是液体运动的总流。
四、帕斯卡定理 在密闭容器内的平衡液体中，任意一点的压力如 有变化，这个压力的变化值将传给液体中的所有 各点，而且其值不变，这就是帕斯卡定理。 帕斯卡定理在机械工程中得到广泛应用，例如液 压机、液压起重机、液压制动器都是根据帕斯一 卡定理进行工作的。
五、静压力的测量 1、液体静压力的表示方法 ( l ）绝对压力：以完全真空为基准算起的压力叫做绝对 压力，即： p 绝＝ pa＋γh 式中 pa ― 大气压力。 ( 2 ）相对压力（又称表压力或计示压力）：以大气压为 基准算起的压力叫做相对压力 。 P表=P绝—Pa=γh ( 3 ）真空度（又称负压）：绝对压力低于大气压力时， 把绝对压力小于大气压力的那一部分称为真空度。 即：P真=Pa—P绝 绝对压力、相对压力、真空度之间的关系可用图 1 一 8 表示 。压力的单位用作用在单位面积上的力表示，其单 位为 Pa 或 N ／m2。
3、可压缩性和膨胀性： 流体受压力作用而发生 体积减小和温度升高而体积增大的性质。 第二节 流体静力学基础 流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规 律，即研究流体在外力作用下处于静止或相对静 止的规律。 一、流体静压力及其特性 （一）流体静压力 由于外力作用，在静止流体内部产生的压力，叫 做流体静压力。静压力的单位是 Pa ，亦可用 N ／m2。 作用在面积 S 上的表面力如果是很均匀时，则： p=P/S （Pa）
第四节 液体的流动状态和损失水头
一、液体的流动状态 所有粘性液体在流动时都具有两种不同的状态，即层流 和紊流。 1、层流运动：流体运动时，各质点做分层运动，流体质 点在流层之间不发生混杂，规则的层状运动，如图 1 一 21a 所示。
2、紊流运动：流体运动时，形成紊乱的形态， 流体质点不保持在某一固定层内运动有交混和碰 撞，产生动能交换，形成无规则的混乱状态，如 图 1 一 2lb 所示。 层流和紊流是两种不同性质的流动状态。层流时 粘性力起主导作用，液体质点受粘性的约束不能 随意流动；紊流时惯性力起主导作用，液体质点 在高速流动时粘性不能约束它。液体流动时究竟 是层流还是紊流，须用雷诺数判别：Re =vd/ν。 Re临界＝ 2320 ；Re < Re临界时，液体流动状 态为层流； Re > Re临界时，液体流动状态为紊 流。
二、液体的主要物理性质 研究液体的平衡与运动规律，必须首先了 解液体的主要物理性质。在研究过程中我们认 定：液体质点完全占满所占空间，没有空隙存 在；物理性质和运动要素都是连续分布的；液 体为均质，各部分和各方向的物理性质都是一 样的。 液体能承受较大的压应力，却几乎不能承受拉 应力因液体的各质点之间的内聚力极小，易于 流动，它不能自由地保持固定形状，只能随容 器的形状而改变，这种特性叫做流动性。
伯努利方程的物理意义为：在管道内做稳定流动的理想液 体具有压力能、位能和动能。在任一截面上这三种能量都 可以相互转化，但其总和却保持不变。静压基本方程是伯 努利方程在流速为零时的特例。
四、实际流体的动力学方程及其应用 实际流体的伯努利方程实际流体是有粘性和可压缩的， 在运动时由于摩擦要损耗一部分能量，能量损耗用损 失失水头 hw 表示；则实际流体的伯努利方程式为： P1/γ+Z1+α1v12/2g = P2/γ+Z2+α2v22/2g +hw
2）、运动粘度 液体的动力粘度μ与密度ρ的比值，称为运动粘 度，用符号υ表示，运动粘度没有明确的物理意义。 沿用的运动粘度单位是St（斯）和cSt（厘斯）。 液压油的牌号是以40℃时运动运动粘度的mm2/s 数值命名的 。 3）、相对粘度 相对粘度又称条件粘度，它们都是用一定量的 液体，在一定条件下通过测量仪器的时间来间接 表示液体的粘性。常用的是恩氏粘度。
矿山固定机械
Hale Waihona Puke 第一讲：流体静力学• 一、流体的物理性质 • 二、流体的静力学方程式 • 三、流体帕斯卡原理 • 四、压力的测量 • 五、等压面与连通器
第一章 流体力学基础
第一节 概述
一、流体力学研究对象和任务 流体是液体和气体的总称。它们的共同特点是 不能像固体那样单独地保持一定的形状，而且具 有流动性。因此，流体力学是研究流体的平衡和 运动规律的科学。它用理论分析与实验相结合的 方法，建立起流体中的作用力、运动速度和压强 之间的关系，并用得到的规律解决工程中的实际 问题。 我们学习流体力学的目的，是为学习矿山排水、 通风和压风设备等专业知识提供必要的理论基础。
表示液体粘性大小的系数，叫粘度。同一流体的 粘性与流体的温度有很大关系，而与压力关系不 大。气体的粘度随温度升高而增大，而液体的粘 度随温度升高而减小。 粘度的表示方法有：动力粘度；运动粘度；条件 粘度。 1）、动力粘度 物理意义：单位速度梯度时，相邻液层间单位面 积上内磨擦力的大小。 液体处于静止状态时，液体的内磨擦力为零，法 定计量单位：Pa· s（帕秒）。
2 ．压力的测量 测量压力的仪表称为测压计。测压计有两类：一类是可以 测量较高压力的金属压力表（通称压力表）；另一类是测 量较低压力的液柱式测压计，做成直管形式的称为测压管， 做成 U 形的称 U 形测压计。
第二讲：流体动力学基础
• 一、流体动力学基本概念 • 二、流体的连续性方程式 • 三、流体的能量方程式 • 四、流体流动时的流动状态及水 头损失
设管道任两个通流截面面积分别为 S1 、 S2 ， 流速分别为：V1、 V2 ，密度为γ，如图 1 16 所示，则有： V1 S1 = V2 S2 = 常数 = Q （1-12）
三、理想流体动力学基本方程 理想流体动力学方程也就是伯努利方程， 它是研究流体运动时其位置、流速、压力相 互转化的方程。 理想液体没有粘性，它在管内做稳定流动时 没有能量损失。根据质量守恒定理，同一管 道内每一截面上的总能量都是相等的。 P1/γ+Z1+v12/2g = P2/γ+Z2+v22/2g P/γ+Z+v2/2g =常数
第三节 流体动力学基础 流体动力学是研究流体运动的一般规 律及其在工程上的实际应用。
一、流体动力学的基本概念 1、稳定流动和非稳定流动 1）稳定流动：在所研究的充满着运动流体的空间 （简称流场）中任意取一点，如果在不同时间 内流体各质点流经此空间点时，其压力和流速 不变的流动称为稳定流动。 2）非稳定 流动：如果流体各质点流经某空间点时，其压 力和速度随时间而变化的流动称为非稳定流动。
2 ）流量：单位时间内流过某通流截面的流体体积称为流 量，用符号 Q 表示。 3）平均流速：液体流动时，由于流体与固体壁之间、流 体本身质点间都有阻力产生，在过流断面上各点的流速是 不同的，一般与固体壁接近的流速变慢接近于零，而中心 部最快，如图 1 一15所示。。
二、流体的连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体 应用。 液流的连续性是指液体在稳定流动时，充满它所 占据的空间，其内部密度无疏密变化，且液流 不发生间断和泄漏的液体流动。当液体在管道 内做稳定流动时，根据质量守恒定律，质量既 不增多，亦不减少，在单位时间内流过每一截 面的流体质量必然相等。这一结论用数学表达 式表达，就是连续性方程。