交大流体力学应用篇流体机械
流体力学在机械工程未来发展趋势和挑战中的应用
流体力学在机械工程未来发展趋势和挑战中的应用随着科学技术的不断进步和机械工程领域的蓬勃发展，流体力学在机械工程中的应用日益广泛。
从飞机翼的设计到燃料传输系统的优化，流体力学的原理被广泛应用于各种机械工程问题的解决中。
本文将探讨流体力学在机械工程领域未来的发展趋势以及可能面临的挑战。
流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
静力学研究流体在静止状态下的性质，而动力学则研究流体在运动状态下的行为。
机械工程师可以利用流体力学的原理和方法来优化机械设备的性能，提高能源利用效率，并解决流体力学问题带来的挑战。
首先，随着新材料的引进和制造工艺的改进，机械工程领域对流体力学问题的研究需求不断增加。
例如，在航空航天领域，使用新的复合材料可以降低飞机的重量，提高燃料效率。
然而，这些新材料的流体力学性能可能与传统材料有所不同，需要通过流体力学模拟和试验来评估其效果。
因此，未来的机械工程师需要不断学习和掌握流体力学的最新理论和方法，以适应新材料的应用。
其次，随着数字化技术和计算机性能的提高，流体力学模拟和仿真在机械工程领域中的应用也越来越广泛。
通过借助计算机软件，工程师可以在计算机上建立流体力学模型，并对不同条件下的流体行为进行模拟和仿真。
这种虚拟试验的方法可以减少实际试验的成本和时间，提高工程设计的效率和可靠性。
未来的机械工程师需要具备流体力学模拟和仿真的能力，以便更好地解决实际工程问题。
此外，流体力学在机械工程中的应用还面临许多挑战。
例如，在新能源领域，机械工程师需要研究流体在太阳能和风能转换装置中的传输和转换过程。
这涉及到复杂的流动和传热问题，需要综合运用流体力学、热传导和传热工程等多个学科的知识。
此外，传统的流体力学理论和方法在处理高速、多相和多尺度流动等问题时可能存在局限性，需要不断改进和创新。
总之，随着科学技术的不断发展，流体力学在机械工程领域的应用前景广阔。
未来的机械工程师需要不断学习和掌握流体力学的最新理论和方法，并结合其他学科的知识，解决实际工程问题。
流体力学在工程中的应用
流体力学在工程中的应用流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，广泛应用于工程领域。
在工程中，流体力学的应用涉及到多个方面，包括流体的流动、压力、阻力、波动等。
本文将从流体力学在水利工程、航空航天工程、能源工程和环境工程中的应用等方面进行探讨。
一、流体力学在水利工程中的应用水利工程是指利用水资源进行水文调控、水利设施建设和水资源综合利用的工程。
流体力学在水利工程中的应用主要体现在以下几个方面： 1. 水流的流动规律研究：通过流体力学的理论和方法，可以研究水流在河道、水库、渠道等水利设施中的流动规律，包括流速、流量、水位等参数的计算和预测，为水利工程的设计和运行提供科学依据。
2. 水力学模型试验：利用流体力学的原理和方法，可以建立水力学模型，模拟实际水利工程中的水流情况，通过试验研究水流的流动规律和水利设施的水力性能，为水利工程的设计和改进提供参考。
3. 水力机械的设计与优化：流体力学在水力机械的设计与优化中起着重要作用。
通过流体力学的理论和方法，可以研究水轮机、泵站等水力机械的流动特性和性能，优化设计参数，提高水力机械的效率和可靠性。
二、流体力学在航空航天工程中的应用航空航天工程是指研究和应用航空航天技术的工程领域。
流体力学在航空航天工程中的应用主要体现在以下几个方面：1. 飞行器气动力学研究：流体力学的理论和方法可以用于研究飞行器在空气中的运动规律和气动力学性能，包括升力、阻力、稳定性等参数的计算和预测，为飞行器的设计和改进提供科学依据。
2. 燃烧与推进系统设计：流体力学在燃烧与推进系统设计中起着重要作用。
通过流体力学的理论和方法，可以研究燃烧过程中的流动特性和传热机制，优化燃烧室和喷管的结构参数，提高燃烧效率和推力性能。
3. 空气动力学模拟与试验：利用流体力学的原理和方法，可以建立空气动力学模型，模拟实际飞行器在空气中的运动情况，通过试验研究飞行器的气动特性和飞行性能，为飞行器的设计和改进提供参考。
流体力学与流体机械答案
流体力学与流体机械一、名词解释1、粘性：对物体表面附近的流体运动产生重要作用，施加于流体的应力和由此产生的变形速率以一定的关系联系起来的流体的一种宏观属性。
2、静压力基本方程式：3、过水断面：某一研究时刻的水面线与河底线包围的面积，称过水断面。
过水断面是与元流或总流所有流线正交的横断面。
4、总流：总流是封闭曲线取在管道内壁周线上的流束，是无数元流所组成的大的流束。
它是许多元流的有限集合体。
如实际工程中的管流及明渠水流都是总流。
5、临界雷诺数：当流体在管道中、板面上或具有一定形状的物体表面上流过时，流体的一部或全部会随条件的变化而由层流转变为湍流，此时，摩擦系统、阻力系数等会发生显著的变化。
转变点处的雷诺数即为临界雷诺数。
用Rec表示。
二、填空1、巴（bar）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）2、摩擦阻力、流体流速3、自流式排水、扬升式排水4、单侧进水式泵（单吸泵）双侧进水式泵（双吸泵）5、自然通风机械通风三、简答题1、流体流动阻力有哪两种形式？答：（1）由于流体与器壁相摩擦而产生的阻力，称摩擦阻力；（2）流体在流动过程中由于方向改变或速度改变以及经过管件而产生的阻力，称局部阻力2、风机工作参数有几个？答：（1）流量(2)压力风机压力是指气体在通风机内的压力升高值，或者说是风机进出口处气体压力之差（3）功率(4)效率3、请写出管路特性曲线方程式？4、何谓风机工况？通风机个体特性曲线与矿井或管道风阻特性曲线在同一坐标图上的交点风机在网路工作时，是依靠风机的静压来克服网路的阻力的，因此，风机的工况点是由静压特性曲线与网路特性曲线的交点M来决定的。
5、请写出涡轮机的比例定律。
答：四、问答题1、离心式水泵为什么采用后弯叶片叶轮？答：⑴在转速、叶轮半径、流量都相同的条件下，前弯式叶轮产生的绝对速度比后弯式叶片叶轮，而流动损失与速度的平方成正比。
因此当流体流过叶轮及导叶或蜗壳时，其能量损失比后弯式叶片叶轮；⑵前弯式叶轮产生的动压比静压大，而水泵应产生高的静压以克服高的阻力来输送流体，若动压高，还得在导叶或蜗壳中转换为静压，在转换中必然要伴随较大的能量损失。
知识资料工程流体力学与流体机械(二)(新版)
1.3.2容易管路的计算容易管路的计算主意就是联立求解伯努利方程式和流动阻力计算式，因为问题的已知量不同，计算过程有的需要试差，有的不需要。
1．3．3串联管路的计算串联管路是由几个容易管路串联而成的，其特点如下。
（1）通过各管段的质量流量不变，对不可压缩流体，则体积流量不变，即V1＝V2＝.。
（2）囫囵管路的总流动阻力为各管段流动阻力之和，即Σwf ＝wf1十wf2十…..串联管路的计算主意与容易管路的雷同。
1.3.4并联管路的计算并联管路的特点;(1)总流量等于各并联支管流量之和，对ρ=常数的流体，则有：V=V1+V2+V3(2)并联各支管的阻力损失相等，即w f1＝wf2＝wf3由上式可知，细而长、流体密度小的支管通过的流量小，粗而短、流体密度大的支管通过的流量大。
倘若管路系统由总管部分和并联支管部分串联而成，则在计算总阻力损失wf时，绝不能将并联的各支管的阻力损失加在一起作为并联部分的阻力损失，而只要考虑并联部分中的任一支管即可。
1．4明渠匀称流和非匀称流要求：重点控制明渠恒定匀称流、明渠水力最优断面和允许流速、断面单位能量和临界水深、缓流、急流、临界流及其判别准则等基本概念；控制明渠恒定匀称流的水力基本问题的计算，了解明渠恒定非匀称渐变流的基本微分方程。
1．4．l明渠匀称流的计算明渠的流动方向的液面通大气，故明渠流为无压流。
明渠恒定匀称流是指运动要素（明渠中水深、断面平均流速、流速分布等）沿程不变的流动。
明渠匀称流时具有以下特征：①因为水深及流速沿程不变，水面线、渠底线及总水头线三线互相平行；②在顺坡渠道中，才会存在明渠匀称流；③渠中水受力达到平衡，即重力沿流动方向的分力与阻力平衡。
1．4．2明渠水力最优断面和允许流速1．明渠水力最优断面当底坡i和壁面粗糙系数n、过流断面面积A一定时，使明渠通过的流量达到最大值的过流断面称为水力最优断面。
圆形断面因其水力半径最大、润湿周边最小而成为最优断面。
流体力学与流体机械习题参考答案
高等学校教学用书流体力学与流体机械习题参考答案主讲：陈庆光中国矿业大学出版社张景松编.流体力学与流体机械, 徐州：中国矿业大学出版社，2001.6（2005.1重印）删掉的题目：1-14、2-6、2-9、2-11、2-17、3-10、3-19、4-5、4-13《流体力学与流体机械之流体力学》第一章 流体及其物理性质1-8 1.53m 的容器中装满了油。
已知油的重量为12591N 。
求油的重度γ和密度ρ。
解：312591856.5kg/m 9.8 1.5m V ρ===⨯；38394N/m g γρ== 1-11 面积20.5m A =的平板水平放在厚度10mm h =的油膜上。
用 4.8N F =的水平力拉它以0.8m/s U =速度移动（图1-6）。
若油的密度3856kg/m ρ=。
求油的动力粘度和运动粘度。
解：29.6N/m F A τ==，Uh τμ=， 所以，0.12Pa s hU τμ==，42/0.12/856 1.410m /s νμρ-===⨯1-12 重量20N G =、面积20.12m A =的平板置于斜面上。
其间充满粘度0.65Pa s μ=的油液（图1-7）。
当油液厚度8mm h =时。
问匀速下滑时平板的速度是多少。
解：sin 20 6.84F G N ==，57Pa s FAτ==， 因为Uhτμ=，所以570.0080.7m/s 0.65h U τμ⨯=== 1-13 直径50mm d =的轴颈同心地在50.1mm D =的轴承中转动（图1-8）。
间隙中润滑油的粘度0.45Pa s μ=。
当转速950r/min n =时，求因油膜摩擦而附加的阻力矩M 。
解：将接触面沿圆柱展开，可得接触面的面积为：20.050.10.016m A dL ππ==⨯⨯=接触面上的相对速度为：2 2.49m/s 2260d d nu πω=== 接触面间的距离为：0.05mm 2D dδ-==接触面之间的作用力：358.44N du F AA dy uδμμ=== 则油膜的附加阻力矩为：8.9N m 2dM F== 1-14 直径为D 的圆盘水平地放在厚度为h 的油膜上。
交大流体力学应用篇流体机械
流体机械应用篇D2 流体机械D2.1引言流体机械是在流动介质与机械部件之间实现能量相互转换的一种机械。
它被广泛应用于各类工业部门和人们的日常生活中，从大型水轮机到袖珍型头发吹风机，形式多种多样，体积大小各异，数量达数亿台之多。
在这一章中，我们首先介绍流体机械的分类情况，然后应用流体力学基本理论分析有关流体机械的工作原理和性能特性，讨论各种工作参数间的关系，使读者较为具体地了解流体力学在流体机械等工程领域中的应用情况。
D2.2 流体机械分类D2.2.1动力机械与工作机械从能量传递方向的角度去分析流体机械，可以分为动力机械与工作机械二大类。
前者是流动介质对机械部件作功，或者说机械部件从流动的介质中获取能量，故动力机械又称为产生功的机械；后者是将原动机的机械能转换为流体介质的能量，即流体介质通过机械部件获得能量，故工作机械又被称为吸收功的机械。
动力机械在工程界被称之为“涡轮机”、“透平（Turben）"、"发动机”(图D2.2.1)等，常被用来带动发电机或开动运输工具。
根据工作流体介质的不同，涡轮机又被分为燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、风力涡轮机(风车图D2.2.2)和水轮机(图D2.2.3)等。
图D2.2.1图D2.2.2工作机械常用来推动或输运液体和气体。
其中用于输运液体的工作机械称为泵；输运气体的工作机械称为风机。
通常又把提高气体压力的风机叫做压气机、压缩机，而把主要用于提高气体速度的风机叫做通风机(图D2.2.4)、风扇等。
图D2.2.3图D2.2.4D2.2.2静力型（容积型）与动力型从做功的力效应角度去分析流体机械，可以分为静力型与动力型两类。
静力型通常有一封闭的腔室和可移动的腔室边界，借助边界移动产生容积的变化，挤压流体，从而实现流体介质与机械部件间的能量转换。
例如哺乳动物的心脏(图D2.2.5)、自行车轮胎的打气筒等，在这类能量转换过程中，作功的力效应近似为静力效应。
由于静力型机械是借助容积的变化来传输能量，故又被称为容积型机械。
流体力学与流体机械
流体力学与流体机械
流体力学（Fluid Mechanics）是研究流体（液体和气体）力学性质和行为的学科。
它主要研究流体的运动、力学原理、力和压力、速度和加速度、黏性和湍流等各个方面。
流体力学可以分为静力学和动力学两个方面。
静力学研究静止的流体，包括压力场、压力力学、浮力和表面张力等；动力学研究流体在运动中的行为，包括速度和加速度场、流速分布、流体的轨迹和流线、涡旋和湍流、动量和能量守恒等。
流体机械（Fluid Machinery）是利用流体力学原理设计、制造和运行的设备和机械装置。
它们用于处理和控制流体的能量传递和转换，常见的流体机械包括泵、涡轮机、压缩机、风扇、液压机械等。
泵是一种将机械能转换为流体能量的设备，通过产生压力差使流体移动。
涡轮机则是利用流体对转动叶片的作用力而实现能量转换的装置，它们根据流体进出的方式可以分为水轮机和汽轮机。
压缩机则用于增加流体的压力和密度，常用于气体压缩和制冷设备。
流体机械的设计和运行必须遵循流体力学的基本原则和方程式。
例如，根据连续性方程和动量守恒等方程，通过优化叶轮和导叶等流道形状，以达到提高泵的效率或涡轮机的功率输出等目的。
同时，流体机械的设计也需要考虑流体的黏性、湍流特性、压力损失和能量损失等因素，以确保其运行的稳定性
和效率。
总结而言，流体力学是研究流体的力学性质和行为的学科，而流体机械是利用流体力学原理设计和制造的设备和机械装置。
流体机械的设计需要依赖流体力学的理论原则和方程式，并充分考虑流体的特性和运动行为。
流体力学为流体机械提供了理论基础和设计指导，使得流体能够在各种设备中高效传递、控制和转换。
《课程名称流体力学与流体机械》课程教学大纲(本科)
课程名称流体力学与流体机械(Fluid Mechanics and Fluid Machinery)课程代码：02410013学分：3.5学分学时：56学时（其中：课堂教学学时：48学时实验学时：8学时上机学时：0学时课程实践学时：0学时）先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学等适用专业：流体机械、农业机械、安全工程、环境工程等专业教材：（《流体力学与流体机械》、王贞涛主编、机械工业出版社、第1版次）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《流体力学与流体机械》是流体机械、安全工程、环境工程等工科专业必修的一门专业基础课。
该课程的目标在于使学生掌握流体力学与流体机械领域的基本理论、基本计算方法、基本实验技能以及在工程实际中的初步应用。
通过该课程的学习使学生初步具备分析和解决实际流体力学问题的能力，并为学习后续专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下良好的基础。
（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。
应包括知识目标和能力目标。
）课程目标1:掌握流体的主要流体力学性质、流体静力学及运动学相关基本方程、流体流动形态及阻力损失的基本概念与计算、管路的基本计算方法、孔口与管嘴出流运动规律，理解理想流体和粘性流体的力学基本概念，掌握流体力学相似性原理、常用的相似准数和模型律，掌握常用泵与风机的工作原理和构造性能，了解常用泵与风机的运行调节原理和选用原理等0课程目标2：使学生掌握流体参数测试仪表基本工作原理，正确使用流体测试仪表，加深学生对所学知识进一步理解，通过实验掌握能量方程流动阻力损失、流体流态等基本流体动力学规律的注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。
五、课程考核注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。
2.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等。
流体力学与流体机械教材课后题答案
第一章 流体及其物理性质1-4.解： 由已知可知：△P=20000Pa%02.0d =ρρ由m=ρV 可得：dm=ρdV+Vd ρ，在压强变化时，质量没有变化， 则dm=0，即ρdV+Vd ρ=0，则Vd -d V=ρρ所以体积压缩系数8-10d dp 1d dp 1-=⨯==ρρκV V 1-5.解：由体积膨胀系数：VVT d d 1k =α可得： 34-k m 41.01555105d d =⨯⨯⨯=**=V T V α 所以说膨胀水箱的最小体积应该是0.41m 3。
第二章 流体静力学2-2.解：由gh ρ=V P 可得m 88.31880.928.14000g P h V =⨯==ρ 2-3解：如图所示：同种液体能够互相连通位于同一高度处是等压面，分析可知：a139h h g -h h g -gh h -h h g -gh gh P 2141143223B KP P P P B A A =+=-+++++=）（）（）（）（油水银油水银油水银油ρρρρρρρA Bh 1h 2油油水银油h 3h 4图2-32-11解：由题意可知：侧面BC 的总压力大小为：NAF 52110048.20.24.22.18.910008.38.9830gh gh ⨯=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯+=）（）（水油ρρ 2-14解：真空表C 的读数是1.49×104Pa ，则自由液面在原来的基础上还要补充一段h ：m 52.180.910001049.1g Ph 4-=⨯⨯-==水ρ左侧水对闸门AB 的压力：N H H F 521c 100.1829.1829.12-h 8.91000A gh ⨯=⨯⨯+⨯⨯==）（水左ρ 左侧压力中心：m 14.3829.105.3829.1829.112105.3y bh 121h y xy y 23c 3c c c =⨯⨯⨯+=+=+=A A I D 左右侧油对闸门AB 的压力：N H F 42c 1025.2829.1829.128.9750A gh ⨯=⨯⨯⨯⨯==油右ρ 右侧压力中心：根据力矩平衡得：（假设作用于B 点力的方向向左）F 左×L 左= F 右×L 右+F B ×L可得：F B =39893.79N[其中L 左=y D 左—（H 1+h-H 2）] 2-15解：曲面ab 的压力: 水平方向分力：N F 6x c x 10225.11052/58.91000A gh ⨯=⨯⨯⨯⨯==ρ竖直方向分力：N B R V F 6p z 100.1S -L 21g g ⨯=⨯==∆）（ρρ则曲面所受合力：m2193.1829.12829.1829.1829.11212829.1y bh 121h y y y 23c 3c 'C 'c =⨯⨯⨯+=+=+=A A I XD ’右N F F F 62z 2x 1058.1⨯=+=合受力方向：225.10.1225.1tan z x ===F F θ 2-17解：曲面abcd 所受的静水压力：水平方向分力为：N A F 279305.10.12.1-4.28.91000gh x c x =⨯⨯⨯⨯==）（ρ 竖直方向分力为：NB R B R V F 5.698985.10.1434.25.10.18.9100043h g g 22P z =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯==）（）（ππρρ则曲面所受合力为：N F F F 752722z 2x =+=合受力方向为：4.05.6989827930tan z x ===F F θ 2-19解：这道题关键是自由液面的选取：因为在C 点的绝对压强是196120Pa ，其相对压强是：m 67.98.910001001325.1-109612.1g a 55=⨯⨯⨯=-ρP P 作用于半球的总压力只有竖直方向的分力：NR R V F F 532p z 105.23421-2h -67.98.91000g ⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯===ππρ）（第三章 流体运动学和动力学基础3-4解：由连续方程A 1V 1=A 2V 2可得：s m V d d V d d A V A V /5.0215.0442212221122212112=⨯====ππ所以说截面2-2处的平均流速为0.5m/s 。
上海交通大学精品课程流体力学课件
d (p/) = fxdx + fydy + fzdz = dw = (w/x)dx + (w/y)dy + (w/z)dz
则有 : fx= (w/x)， fy= (w/y), fz= (w/z)
由于坐标函数 w ( x, y, z )与质量力之间存在着上述关 系，则称函数 w 为质量力的势函数，这样的质量力称为有 势质量力。
<1>表面力
Fx
px
1dydz 2
Fy
py
1dxdz 2
1
Fz
pz
dxdy 2
Fn pnABC
各个面上的静压力
ABC — 斜面面积
<2>质量力
若 V 1dxdydz m dxdydz
6
6
则：Fmx6dxdy dfx z
Fmy6d xd y dfy z
质量力在三个坐 标方向上的投影
Fmz6dxdydfzz
fx 、fy、fz —— 单位质量力在直角坐标系中 x、y、 z 轴上的投影。
二、表面力
表面力 —— 由于V 流体与四周包围它的物体相
接触而产生，分布作用在该体积流体的表面。
单位面积上的表面力（应力）：
法向分量
pP
=
lim Fn A0 A
—— 压强 KPa， MPa
归纳两点：
1、平衡流体内不存在切向应力，表面力即为 法向应力（即静压强）；
或:
0
t x y z
三、液体的粘性
1、粘性的概念及牛顿内摩擦定律
y
流体分子间的内聚力
流体分子与固体壁面
间的附着力。
dy
内摩擦力 —— 相邻
工程师流体力学与流体机械
工程师流体力学与流体机械工程师流体力学与流体机械是一门关于流体力学原理和流体机械设计应用的学科。
流体力学是研究流体运动和相互作用的科学，流体机械是通过流体进行工作或传递能量的机械设备。
本文将介绍工程师在流体力学和流体机械领域的主要工作内容，以及他们在实际工程中的应用。
一、流体力学的基本原理流体力学是研究流体力学行为的基本原理和数学方法。
1. 流体运动的描述流体的运动可以通过速度场和压力分布来描述。
速度场表示了流体在空间中的速度分布情况，而压力分布则描述了流体在内部受力状况。
通过对速度场和压力分布的分析，可以得到流体的流动特性和力学行为。
2. 流体力学方程流体力学方程是用来描述流体运动的基本方程组。
其中，连续性方程描述了质量守恒定律，动量方程描述了牛顿第二定律，能量方程描述了能量守恒定律。
这些方程可以通过数学方法求解，得到流体的速度和压力分布。
3. 流体力学参数流体力学研究中常用的参数包括雷诺数、马赫数、损失系数等。
这些参数可以用来描述流体的流动状态和性能特征，对于流体机械的设计和优化非常重要。
二、流体机械的设计与应用流体机械是通过流体进行工作或传递能量的机械设备，广泛应用于能源、化工、交通等领域。
1. 能量转换和传递流体机械主要用于能量的转换和传递。
例如，涡轮机是将流体动能转化为机械能或电能的设备，压缩机则用于增加流体的压力和温度。
通过合理设计流体机械，可以实现高效能量转换和传递，提高能源利用率。
2. 流体机械的分类和特点流体机械根据其工作原理和用途可以分为离心机械、容积机械和混流机械等。
各种类型的流体机械具有不同的特点和适用范围。
例如，离心泵在流量和扬程上具有较高的适用范围，容积泵适合输送高粘度液体，而相对泵适用于输送含有颗粒的介质。
3. 流体机械设计的优化流体机械设计需要综合考虑流体力学原理、材料强度和制造工艺等因素。
通过结构优化、流道设计和材料选择等方法，可以改善流体机械的性能和可靠性。
此外，流体机械的运行状态和维护保养也对其性能和寿命产生重要影响。
流体力学及流体机械复习资料
"流体力学与流体机械"复习考试资料仅供内部学习交流使用平安131班编制绪论：1.流体力学是以研究流体〔包括液体和气体〕为研究对象，研究其平衡和运动根本规律的科学。
主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失。
2.流体力学的主要研究方法：实验研究、理论分析、数值计算。
第一章流体及其物理性质1.流体：在任何微小剪切力下能产生连续变形的物质即为流体。
主要特征：流动性2.连续介质假说：质点〔而不是分子〕是组成宏观流体的最小基元，质点与质点之间没有间隙其物理性质各向同性，且在空间和时间上具有连续性。
3.流体的粘性（1）流体产生粘性的原因：流体的内聚力；动量交换；流体分子和固体壁面之间的附着力。
（2）流层之间的内摩擦力:带动力和阻力〔一对大小相等、方向相反的作用力〕（3）流体内摩擦切应力:τ=μ·〔du/dy) (N/m2)τ=F/A=μ·U/h (N/m2)（4）相对运动的结果使流体产生剪切变形。
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现。
（5）粘性的度量：动力粘度μ＝τ/〔du/dy) (pa·s)运动粘度ν＝μ/ρ (m2/s)温度升高时，流体的粘性降低，气体的粘性增加。
4.课后习题答案第二章流体静力学1.作用在流体上的力〔1〕外表力：作用在被研究流体的外表上，其大小与被作用的面积成正比，如法向压力和切向摩阻力。
〔平衡流体不存在外表切向力，只有外表法向力〕〔2〕质量力：作用在被研究流体的每个质点上，其大小与被研究流体的质量成正比，如重力和惯性力。
质量力常用单位质量力表示，所谓单位质量力，是指作用在单位质量流体上的质量力。
2.流体静压力及其特性流体处于平衡状态时，外表力只有压力，称其为静压力，单位面积上作用的静压力称为静压强。
静压力有两个重要特性：①静压力垂直于作用面，并沿着作用面内法线方向；②平衡流体中任何一点的静压力大小与其作用面的方位无关，其值均相等。
流体机械原理PPT
闻苏平
2010年授课于西安交通大学B72班
流体机械原理（离心压缩机部分）
课程重点讲授的内容 • 离心压缩机原理★ • 离心压缩机的研究现状与技术发展 • 流体机械的设计方法 • 流体机械的应用
流体机械
▪ 流体机械的定义 流体机械是以流体（液体或气体）为工作介质与能 量载体的机械设备
第二章 级中能量损失 ★ ▪ 第一节 摩擦损失 ▪ 第二节 分离损失 ▪ 第三节 二次流损失 ▪ 第四节 尾迹损失 ▪ 第五节 Re数和Ma数对流动损失的影响 ▪ 第六节 级的性能曲线 ▪ 第七节 漏气损失 ▪ 第八节 轮阻损失
第三章 叶轮 ▪ 第一节 叶轮典型结构比较 ★ ▪ 第二节 叶轮的主要结构参数 ★ ▪ 第三节 能量头、周速系数的计算 ★ ▪ 第四节 叶轮主要参数对级性能的影响 ▪ 第五节 半开式．混流式叶轮
面。或整个压缩机的出口截面。
叶轮背靠背布置
水平剖分结构
筒形结构
齿轮式
谢谢
第八章 实际气体 ▪ 第一节 实际气体的压缩性系数 ▪ 第二节 实际混合气体 ▪ 第三节 实际气体的热力学性质 ▪ 第四节 实际气体的压缩过程
第九章 离心式压缩机热力设计 ▪ 第一节 中间冷却与分段 ▪ 第二节 热力设计概述 ▪ 第三节 压缩机中各段各级主要参数的选择 ▪ 第四节 级通流部分基本尺寸的确定 ▪ 第五节 计算例题
绪论
▪ 离心压缩机的分类与应用
气体压力定义：
单位面积所承受的气体分子的撞击力。根据分子撞击的形式 可以分为以下两种提高压力的方法：
①减容压缩过程 ：压缩机为一定容积的气体 聚集在容器内， 通过减小容器的容积，增加单位体积内气体分子数量，增加 了气体分子撞击单位面积的次数，以增加气体的压力。
机械基础流体力学与流体力学应用
机械基础流体力学与流体力学应用流体力学是机械工程中的一个重要分支，涉及到流体的运动和力学行为。
在机械基础中，了解流体力学的基本概念和应用是非常重要的。
本文将介绍机械基础流体力学的基本原理和其在机械工程中的应用。
一、流体力学基本原理流体力学主要研究物质在流动状态下的力学行为和力学性质。
它涉及两个主要方面：液体力学和气体力学。
液体力学是研究液体的运动和相互作用的学科。
液体具有流动性，对于液体的研究需要考虑压力、密度、速度等参数。
液体力学的基本原理包括压力定律、流量定律和质量守恒定律。
气体力学是研究气体的运动和性质的学科。
与液体不同，气体可以被压缩和膨胀，其力学行为和性质更加复杂。
气体力学的基本原理包括压力定律、状态方程和理想气体定律。
二、流体力学在机械工程中的应用流体力学在机械工程中有广泛的应用，涉及到许多重要的工程问题。
以下是一些常见的应用领域。
1. 管道流体力学在管道中，流体的流动受到管道尺寸、流速、管壁摩擦等因素的影响。
了解管道流体力学可以帮助工程师设计和运行管道系统。
例如，通过流体力学分析，可以确定管道的最佳尺寸和流量，以确保系统的高效运行。
2. 水力机械水力机械是利用水力能量进行工作的机械设备，如水轮机和水泵。
流体力学的原理可以帮助工程师设计和优化水力机械设备。
例如，通过流体力学分析，可以确定水轮机的最佳叶片形状和角度，以提高能量转换效率。
3. 空气动力学空气动力学研究空气在物体表面上的流动和作用力。
在飞机、汽车和建筑物等领域，了解空气动力学原理对于提高设计的安全性和性能至关重要。
通过流体力学分析，可以确定空气动力学参数，如升力和阻力，以优化设计。
4. 燃烧工程燃烧是机械工程中的一个重要过程，涉及到燃料的燃烧和燃烧产生的热量转换为机械能或其他形式的能量。
了解燃烧过程中的流体力学行为可以帮助工程师设计和优化燃烧设备。
例如，通过流体力学分析，可以确定燃烧室的最佳形状和尺寸，以提高燃烧效率。
总结：机械基础流体力学是机械工程中不可或缺的一部分。
流体力学在机械设计中的能量传递与转换
流体力学在机械设计中的能量传递与转换对于机械设计来说，能量传递与转换是其中一个重要的方面。
而在这一过程中，流体力学扮演着至关重要的角色。
本文将探讨流体力学在机械设计中的能量传递与转换方面的应用。
1. 流体力学与能量传递流体力学研究了流体在不同条件下的运动和力学性质。
在机械设计中，流体力学涉及到了能量的传递与转换。
通过对流体的运动、压力和速度等因素进行研究，能够更好地理解能量是如何在机械系统中传递和转化的。
2. 流体力学在水泵设计中的应用水泵作为流体的能量转换装置，将机械能转化为流体的动能。
流体力学通过研究流体在水泵内的流动和压力等特性，可以优化水泵的设计，提高其能效。
泵的设计参数如叶轮的形状、进出口通道的布局等，都会直接影响水泵的效率和能量传递效果。
3. 流体力学在液压传动系统设计中的应用液压传动系统在机械设计中得到广泛应用，它利用液体的性质来传递力和能量。
流体力学研究了液体在管道内的流动特性，通过分析液体的压力、流速和密度等因素，可以准确地计算液压系统内的能量传递和转换效率。
合理的设计液压传动系统可以提高机械系统的工作效率和控制精度。
4. 流体力学在风力发电机设计中的应用风力发电机通过将风能转化为机械能，并进一步转换成电能。
流体力学研究了空气在叶片上的流动特性，通过优化叶片的形状和布局等因素，可以提高风力发电机的利用效率。
同时，流体力学的研究也可以帮助设计师准确计算出风力对风力发电机叶片的影响，从而保证其结构的稳定性和安全性。
5. 流体力学在润滑设计中的应用流体力学在机械设计中还应用于润滑系统的设计。
润滑系统通过在摩擦表面形成润滑膜，减少摩擦和磨损，从而提高机械系统的可靠性和寿命。
流体力学的研究可以帮助设计师选择合适的润滑材料和优化润滑系统的结构，以确保能量在摩擦表面的传递和转化的有效性。
总结：流体力学在机械设计中的能量传递与转换方面有着广泛的应用，从水泵到液压传动系统，再到风力发电机和润滑设计，流体力学的研究都为机械系统的性能提升和能量利用效率的提高做出了贡献。
上海交通大学精品课程流体力学课件 共325页
归纳两点：
1、平衡流体内不存在切向应力，表面力即为 法向应力（即静压强）；
2、绝对平衡流体所受质量力只有重力，相对 平衡流体可能受各种质量力的作用。
三、 流体静压强的两个重要特性。 1、流体静压强的方向总是沿着作用面的内法线 方向。
2、平衡流体内任一点处的静压强的数值与其作 用面的方向无关，它只是该点空间坐标的函数。
温度内聚力 粘度 温度变化时对流体粘度的影响必须给于重视。
4、理想流体的概念 理想流体——假想的没有粘性的流体。
µ= 0 = 0
实际流体——事实上具有粘性的流体。
小
结
1、流体力学的任务是研究流体的平衡与宏观机械运动规律。
2、引入流体质点和流体的连续介质模型假设，把流体看成没有间隙 的连续介质，则流体的一切物理量都可看作时空的连续函数，可 采用连续函数理论作为分析工具。
质量 dxdydz
得：
fx
1
p x
0
同理：f y
1
p y
0
1 p
fz z 0
静止流体的平衡微分方程 (欧拉平衡微分方程）
方程的物理意义 : 在静止流体中，作用在单位质
量流体上的质量力与作用在该流体表面上的压力 相平衡。
四、综合表达式 将平衡微分方程的三个表达式分别乘以dx、dy、dz 然后相加
第一章 绪论 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学 第四章 相似和量纲分析 第五章 管 中 流 动 第六章 孔口和缝隙流动 第七章 气体的一元流动
第一章 绪论
§1-1 流体力学研究的内容和方法 §1-2 流体的概念及其模型化 §1-3 流体的主要物理性质
第二章 流体静力学
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流体机械应用篇D2 流体机械D2.1引言流体机械是在流动介质与机械部件之间实现能量相互转换的一种机械。
它被广泛应用于各类工业部门和人们的日常生活中，从大型水轮机到袖珍型头发吹风机，形式多种多样，体积大小各异，数量达数亿台之多。
在这一章中，我们首先介绍流体机械的分类情况，然后应用流体力学基本理论分析有关流体机械的工作原理和性能特性，讨论各种工作参数间的关系，使读者较为具体地了解流体力学在流体机械等工程领域中的应用情况。
D2.2 流体机械分类D2.2.1动力机械与工作机械从能量传递方向的角度去分析流体机械，可以分为动力机械与工作机械二大类。
前者是流动介质对机械部件作功，或者说机械部件从流动的介质中获取能量，故动力机械又称为产生功的机械；后者是将原动机的机械能转换为流体介质的能量，即流体介质通过机械部件获得能量，故工作机械又被称为吸收功的机械。
动力机械在工程界被称之为“涡轮机”、“透平（Turben）"、"发动机”(图D2.2.1)等，常被用来带动发电机或开动运输工具。
根据工作流体介质的不同，涡轮机又被分为燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、风力涡轮机(风车图D2.2.2)和水轮机(图D2.2.3)等。
图D2.2.1图D2.2.2工作机械常用来推动或输运液体和气体。
其中用于输运液体的工作机械称为泵；输运气体的工作机械称为风机。
通常又把提高气体压力的风机叫做压气机、压缩机，而把主要用于提高气体速度的风机叫做通风机(图D2.2.4)、风扇等。
图D2.2.3图D2.2.4D2.2.2静力型（容积型）与动力型从做功的力效应角度去分析流体机械，可以分为静力型与动力型两类。
静力型通常有一封闭的腔室和可移动的腔室边界，借助边界移动产生容积的变化，挤压流体，从而实现流体介质与机械部件间的能量转换。
例如哺乳动物的心脏(图D2.2.5)、自行车轮胎的打气筒等，在这类能量转换过程中，作功的力效应近似为静力效应。
由于静力型机械是借助容积的变化来传输能量，故又被称为容积型机械。
图D2.2.5图D2.2.6在工作机械类中，静力型机械的典型例子是往复式活塞泵和齿轮泵(图D2.2.6)。
在动力机械类中采用静力型的形式很少，往复式活塞蒸汽机是一个例子。
动力型流体机械通常利用快速转动的叶片、叶轮，在转轴和流体间实现动量交换(图D2.2.7)。
这种机械没有封闭的腔室，流体流过开放的通道，相互作用的功是由于转子和流体系统间的动力效应产生的。
因为动力型机械一般都包含由叶轮组成的转子，故又被称为叶轮机械。
图D2.2.7D2.2.3径流式、轴流式与混流式叶轮机械中，根据流体在叶轮内部流动方向的不同，分为径流式、轴流式与混流式三类。
所谓径流式是指在叶轮的进口或出口或进出口处流体的速度是沿径向的，轴流式则表示从叶轮的进口到出口，流体的速度以轴向分量为主。
混流式则介于上述二者之中，即流体速度的径向分量与轴向分量是同量级的。
图D2.2.8是径流式（离心式）风机和轴流式风机的示意图。
图D2.2.8如上所述，流体机械可按不同的角度划分类型，这些类型的不同组合可形成流体机械多种多样的形式。
本章中，我们不讨论容积型流体机械，而把注意力放在叶轮机械上，着重讨论代表叶轮机械共性的基本概念和理论。
为了便于说明，通常取一种典型的流体机械形式作为分析对象，由此推出的基本方程亦适用于其它形式。
D2.3叶轮机械的基本理论D2.3.1 欧拉涡轮机方程流体在叶轮中的运动很复杂。
一方面它随叶轮旋转作牵连运动，另一方面又沿叶片作相对运动，二者合成为绝对运动。
图D2.3.1是离心泵叶轮示意图。
图中表示出叶轮进出口处的速度图，其中V r 表示流体的相对速度，U 表示牵连速度，V 为绝对速度。
又以Vn 表示绝对速度的径向分量，V θ表示绝对速度的切向分量，相对速度V r 与圆周切线的夹角β称为叶片的安装角，绝对速度V 与圆周切线的夹角 α称为流动的方向角。
下标1表示叶轮进口处，下标2表示叶轮出口处。
图D2.3.1应用B4.5中定轴匀速旋转流场的动量矩方程，令 Q mρ= ，（B4.5.5）式可表为T s =ρQ ( r 2V θ2- r 1 V θ1) (D2.3.1）其中Q 为流体的体积流量，若以b 1表示叶轮进口处厚度，b 2表示叶轮出口处厚度，则Q = V n 2 ·2πr 2·b 2= V n 1 ·2πr 1 ·b 1 ) (D2.3.2）无论是泵机（工作机械）还是涡轮机（动力机械），均满足欧拉涡轮机方程D2.2.1，不同的是离心泵是工作机械。
它把原动机的机械能通过叶轮传递给流体介质，故T s > 0，即轴矩方向与叶轮旋转角速度方向相同；而涡轮机是动力机械，它从流体介质中汲取能量，通过转轴将机械能传输出去，故T s < 0，即轴矩方向与叶轮旋转角速度方向相反。
需要指出的是：在得出公式（D2.3.1）时，为了使问题简化，我们作了如下假设：（1）叶轮的叶片数为无穷多，于是流道中流体便成为微细流束，其形状与叶片形状一致，进出口处相对速度恰与叶片相切，且在进出口圆周上速度分布都是均匀的。
（2）流体是理想的，没有粘性损失，不计压缩性的影响。
（3）流动是定常的。
由公式（D2.3.1），并在没有能量损失的假设条件下，可得叶轮输给流体系统的轴功率为：)(1122θθρωV U V U Q T W s s -== (D2.3.3）如用单位重量流体获得的能量H 来表示，则有：g V U V U gQ W H s 1122θθρ-== (D2.3.4）H 被称为理论能头，（D2.3.4）式即为欧拉涡轮机方程的能头形式，它是叶轮机械的基本方程之一，无论对径流式叶轮还是轴流式叶轮都适用。
D2.3.2 叶轮机械的特性曲线与性能参数叶轮机械的性能是由流量Q 、能头H 、功率N 、转速n ，效率η等参数表示的。
这些参数之间存在着一定的函数关系，这些函数关系代表了叶轮机械的性能特性，用曲线来表示这些函数关系就是所谓的特性曲线。
为了分析叶轮机械的性能特性，我们拿离心泵作为具体讨论对象。
至于其它类型的叶轮机械, 其一般的原则及性能参数的意义是相同的。
1. 理论特性曲线上一节中，在简化假设的基础上导出了欧拉涡轮机方程的能头形式。
理论特性曲线就是从欧拉涡轮机方程出发，研究理想条件下的性能曲线。
对一离心泵，假设流体沿径向流入叶轮，则由欧拉涡轮机方程可得理论能头为 g V U H 22θ= (D2.3.5）其中，60π22nD U = (D2.3.6）V θ2 = U 2- V n 2 ctg β2( D2.3.7 ) 并利用(D2.3.2)式，以流量Q 表示速度V n 2：222πb D Q V n = (D2.3.8 )将以上三式代入(D2.3.5)式，得：Q b D g U g U H 222222πcot β-= (D2.3.9)对一确定的离心泵，当转速n 不变时，U 2、D 2、b 2、β2均为定值，由上式可见理论能头H 与流量Q 是线性关系。
若以 g U c 221=和22222πcot b D g U c β=改写式D 2.2.9 ,得 H = c 1- c 2Q (D2.3.10)常数c 1代表零流量时泵的理论能头，特征曲线H-Q 的斜率取决于常数 c 2的值。
当叶片出口处的安装角β2= 90°时，c 2= 0，此时出口处流体绝对速度的切向分量等于叶片出口处的圆周速度U 2，理论能头H 与流量Q 无关，恒为常数。
β2= 90°的叶轮称为径向式叶轮。
如果叶片安装角β2 < 90°，则常数c 2 > 0 。
特征曲线H-Q 的斜率< 0，即理论能头H 随流量Q 的增加线性地减小。
这种形式的叶轮称为后弯式叶轮。
如果叶片安装角β2 > 90°，则c 2 < 0。
特征曲线H-Q 的斜率> 0，即理论能头H 随流量Q 的增加线性地增加。
这种形式的叶轮称为前弯式叶轮。
由式D2.2.3 可得理论轴功率 s W 与Q 的二次方关系式：s W =ρgQ (c 1-c 2Q ) (D2.3.11)以上分析说明径流式叶轮的性能特性随叶片出口安装角的改变而改变。
上述基于欧拉涡轮机方程对离心泵进行的理想化分析，对揭示叶轮机械的基本特性是十分有益的。
对性能参数变化规律和趋势的分析和预测可指导我们正确地选择或设计叶轮机械的形式。
例如对离心泵前弯式叶轮的分析可知：这种形式的叶轮，由于能头随流量的增加而迅速增加，在运行中电机容易引起过载，进一步分析还可发现这种泵的工作状态是不稳定的。
故离心泵一般不采用前弯式叶轮。
在理想条件下，由于没有能量损失，理论轴功率等于叶轮机械的有效功率，效率为理想值1。
2. 能量损失与效率事实上，叶轮机械与流体系统间的能量传递过程中，不可避免地存在着损失。
按产生的原因，能量损失可分为三种：机械损失、容积损失和流动损失。
机械损失为轴承、轴封及机器的其它接触点上的机械摩擦所造成的损失。
叶轮机械中，由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，间隙两侧产生压力差，致使流体从高压侧通过缝隙泄漏，由此产生的能量损失称为容积损失或泄漏损失。
流动损失是由于流体的粘性所致，可分为沿程损失与局部损失两大形式。
沿程损失是指叶片通道间的摩擦损失，局部损失出现在流道几何形状发生突变的地方，例如叶片入口处因入流与叶片切线方向不一致而引起的撞击损失，以及叶片出口处，出流偏离叶片切线方向，在叶片的正面或背面形成旋涡区而产生旋涡损失。
此外，还由于叶轮叶片并非无穷多，叶片间流道有一定宽度，其间速度分布并非均匀，由此形成相对环流效应，降低了流动介质的有效能头。
由于存在上述的能量损失，叶轮机械的机械效率η必然小于1。
对于泵类机械，效率用ηp 表示s pp W gQH ρη= (D2.3.12)其中分子部分是单位重量流体从泵机获得的有用功，H P 为实际水头，由下式计算1222)2()2(z g V g p z g V g p H P ++-++=ρρ(D2.3.13) s W 为原动机驱动泵机转动所需的功率，即轴功率。
对于涡轮机（水轮机），效率用ηt 表示t s t gQH W ρη = (D2.3.14)其中 s W 是涡轮机输出的有效轴功率，分母是涡轮机从流体中获得的有用功，H t 由下式计算2212)2()2(z g V g p z g V g p H t ++-++=ρρ (D2.3.15)H t 一部分用于克服能头损失，一部分用于输出轴功，ηt 表示后者所占的比例。
3．实际特性曲线叶轮机械具有复杂的三维几何形状，而且具有强烈的摩擦效应，因而很难用简单的理论对其进行精确的计算。