流体力学原理

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四、流体流动的因索 1、过流断面 流体流过通道的断面积称为 过流断面,单位为m2 。在均匀流,过流 断面为一平面。
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2.平均流速 在不能压缩及无粘滞性的理想均匀流中 ,流速是不变的。 但在实际工程中,流体与流道壁间存在着 摩阻力,过流断面上各点的流速是不等 的,靠近壁处阻力大、流速小,近中心 处流速大(图3—2)。
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5、比容或比热
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三、传热方式
物体的传热方式可分为三种 导热 对流 辐射
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1、导热 由于物体内分子运动而将热量由高温部 传递到低温部,这种热传递过程称为导 热过程
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2、对流 两种概念: 1) 流体各部分之间发生相对运动而引起的热量 传递方式。对流发生在流体内部。 2)工程上常遇到的情况是流动着的流体与其温 度不同的固体壁面接触时的热交换运动,这种 换热也称为对流换热。我们主要研究的对象 。 如果流体是在外力,如风机、水泵的作用下运动 ,这种对流换热称为强制对流换热; 如果没有外力作用,仅由部分流体受热膨胀,密 度减小产生浮力流动换热称为自然对流换热。
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2、容重或重度 物体单位容积的重量
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3、流体的压缩性及膨胀性 1)压缩性: 流体的容积与压强的变化成反比的性质 2)膨胀性: 容积与温度变化成比例的性质
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液体的压缩性及膨胀性很小、在很多工程 技术常忽略不计,对工程计算误差影响 甚小。 但在热水工程中为了保证运行安全,还是 应考虑其膨胀性,如在热水工程中设膨 胀水箱、安全阀等。
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3、按液流运动接触的壁面情况分类 1)有压流 流体过流断面的周界为壁面包围,没有自由面 为有压流或压力流。——般供水、供热管道均 为压力流。 2)无压流 流体过流断面的壁和底均为壁面包围,但有自 由面者称为无压流或重力流。如河流、明渠等 。 3)射流 不受壁面约束的液流,如喷泉、消火桂等喷射 的水柱。
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2)导出量和导出单位 均以基本量和基本单位表示,如速度为 m /s、密度为kg/m3、耗热量为w等。 .
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2、工程单位 1)基本单位 工程单位以力(kg)、长度(m)及时间(s)三个 物理量为基本量 其他的物理单位均以基本量表示 如密度为kg/m3、速度为m/s、容重为kg /m3、压强为kg/cm2及热量(cal)等
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对流换热的计算可采用牛顿换热式:
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3、热辐射 物体通过电磁波来传递热能量的方式称热辐射 . 它与导热和对流换热不同,热辐射不需中间媒介 物质,故可在真空中进行。
黑体的辐射能在同温度物体中为最大。
黑体单位时间内发出的辐射热量与其绝对温度
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气体具有显著的压缩性和膨脓性,其容重 、压强和热力学温度三者的关系如下式 :
对于流速较低的气体,在压强及温度变 化不大时,其容重的变化也比较小,在 一般工程应用中可视为常数。
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4、易流性 流体的形状随容器形状的不同而改变,这 是由于流体不能承受剪力所形成的,这 种性质称为易流性。 液体在重力作用下.由高处向低处流,易 流性是改变液体运动状态的主要因素。
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三、流体运动的分类 流体运动受其物性和边界条件的影响呈现 复杂的运动情况。 常根据运动特点对其进行分类。
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1.根据流动要素(流速与压强)与流行时间分类 1)恒定流 流场内任一点的流速与压强不随时间变化, 而仅与所处位置有关的流体流动称为恒定流。 在这种流动中.流线与质点运动的轨迹相重合。 2)非恒定流 运动流体各质点的流动要素随时间而改变的 运动则称为非恒定流,水位随水的放出而不断 改变的水流运动。 非恒定流的情况较复杂,以后一般问题多为恒定 流的。
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2.根据流体流速变化分类 2018/12/19 1)均匀流 流体流速的大小和方向沿流线不变的水 流称为均匀流。 这种稳定流动的流线为相互平行的直线, 在输送流体的等管径管道内的液流即属于 均匀流。 2)非均匀流 流体过流断面沿程改变或流动方向变化, 会使同一流线上的各点流速大小和方向发 生变化.这种流动称为非均匀流。 在管道上扩大或缩小处的水流运动即为非 均匀流。在非均匀流中,若流线几乎是平 行的且接近直线对称为渐变流,过流断面 可认为是平面;不能满足渐变流条件的非 均匀流即为急变流。
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四、计量单位 1、国际单位 1 ) 基本单位 :长度、质量、时间、热力 学温度、物质的量、电流和发光强度7种 物理量的单位。 其中与流体力学及传热学有关的是前5种 相应的单位名称和符号为米(m)、千克(kg) 、秒(s)、开尔文(k)、摩[尔](mol),
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基础篇
第一章 流体力学基本知识
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一、流体的概念 液体和气体易于流动,统称为流体。 二、流体力学的概念 研究流体平衡与运动的力学规律及其应用 的科学
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三、流体的主要物理性质 1、密度及比容: 物体单位容积所具有的质量称为密度; 而密度的倒数即单位质量的容积称为比 容
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2、雷诺数 英国物理学家雷诺曾作过试验并得到判断 流型的计算式,称为雷诺公式:
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3、沿程损失和局部损失 1)沿程损失 流体流动中为克服摩擦阻力而损耗的能量 称为沿程损失。沿程阻力损失与长度、粗糙 度及流速的平方成正比,而与管径成反比, 通常采用达西一维斯巴赫公式计算:
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3、温度
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4、热膨胀
物体受热,温度升高,长度增长、体积增大。 这种因为温度增加而胀大的现象称热膨胀。 这是物质内能增加使分子间隔增大的结果

线膨胀 指温度增加后在长度方向的增长。 线膨胀系数:
体积膨胀系数:将上述公式中的L改为V 李峥嵘 博士
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5、粘滞性 流体在运动中,由于分子间的动量交换和 分子间的作用力会引起内摩擦阻力,这 种性质称为流体的粘滞性。 粘滞性的大小随流体的种类及所处的外界 条件而不同。例如流体中的水与重油, 温度的高低都影响其粘滞性的变化。 牛顿试验研究提出与粘滞性有关的内摩擦 定律为
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为计算方便,常取过流断面上的平均流速
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3、流量
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五、流体运动的基本方程 1、连续性方程
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2、能量方程
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三、静止流体压强的两个特性: (1)静止压强的方向 必然沿着作用面的内法线方向,即垂直指向 作用面。这是因为静止流体内的应力只能是压 应力; (2)流体中任一点静水压强的大小 与作用的方向无关。换言之,一点上各个方向 的压强均相等。这是因为静止流体中某一点 受四面八方的压应力而达到平衡。
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第四章 流体流动阻力
流体具有不同的粘滞性,在流动中 为了克服阻力而消耗的能量称为阻 力损失。
阻力损失值视流体的流行形态而 不同,因此计算流体的阻力损失.
应了解水流的形态。
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第二章 流体静力学
一、流体静力学概念 研究流体静止或平衡时的力学规律及其工程应 用的科学。 由于静止流体无相对速度,不呈现粘滞性 ,不存在切力,也不能承受拉力,故其所受的 力只能是压力。
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二、压强 在静水中,取一微小面积Δw,其上作用静 水压力ΔP,则面积上的平均压强
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四、流体静力学基本方程
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第三章 流体动力学
一、 动力学的基本原理 流体动力学是研究流体运动规律的科学。 在流体静力学中.压强只与水深有关, 或者说与所处空间位置有关 在流体动力学中,压强还与运动情况有 关
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四、 热媒的性质
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来自百度文库
最常用的热媒是水、蒸汽及热空气 1、水 水在传热学中的有关性质如下: (1)水的压缩性及膨胀性。 水的压缩性很小,一般情况下可视为不可压缩体 。 但其膨胀却不可忽视。 水的体膨胀系数约为0.0006,若不考虑加热后 的体积膨胀,则将胀破加热设备。 此外。0度的水结冰,体积将增大约11%,会产 生巨大胀力,对自然界物质及生活生产都有极 大的影响。
以后讨论的多为稳定热传递过程。
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二、基本概念 1、压力 2、热 热是由物体外界温度不同,通过边界而 传递的能量,是物体间(内)通过分子 运动相传递的能量 。给物体加热,实 际就是增加使物体分子运动的能量,物 体的温度就将升高,反之使物体散热减 小分子运动的能量,物体温度降低。
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在一端装有阀门的长玻璃 一、 流体的流动形态 管中充满水,稍开启阀门 流体在流动中,由于流速不同而呈现出两 放水,并由小管注入有颜 种不同的流动形态——层流和紊流。 色水流,则可见管内颜色 1 、 层流与紊流 水成一稳定细梳,这种流 型称为层流。当阀门开大 ,水流速增加时,管中有 色线产生振荡被动.再开 大阀门到一定程度,流速 增大,水流中色线掺混紊 乱,此时称为紊流。
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2、流管 在液流中取一封闭垂直于流向的平面,在 其中划出权微小面积,则其周边上各点 的流线构成流管 3、流束 流管内流线的总和 4、股流 充满流管内的流体
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5、过流断面 在股流上垂直于所有流线的截面。其形状 随流线形状而定.可能是平面或曲面。 6、元流与总流 过流断面为无限小时的流束称为元流 过流断面为有限大时的流束称为总流。
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2)局部损失 流体运动过程中,通过断面变化处、转向 处、分支或其他使流体流动情况改变时 ,均能引起能量损失,这种由局部变化 引起的阻力损失称为局部损失。计算公 式为
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3)管道总阻力
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第五章 传热学基础
传热学是研究热量传递规律的科学。 凡是有温差处,就有热量从高温物体传向 低温物体,在自然界和生产技术中,传 热是一种普遍现象。
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一、传热的分类 根据物体温度与时间的变化关系 1、稳定热传递 物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程 2、非稳定热传递 物体中各点温度随时间而改变的。
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二、流体运动的基本概念 流体运动是由无数流体质点的运动所组成 的,且各质点之间都有力相互作用,质 点上的力和其本身的运动存在一定的规 律性,找到其原因,就可以解决运动中 的问题。 下边介绍流体运动中的几个基本概念。
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1、流线 液流中同一瞬间由许多质点组成的曲线, 该曲线上任一点的切线方向就是该点的 流速方向,它形象地描绘了该瞬时整个 液流的流动情况(图3—1)
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