流体流动习题-PPT
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流体力学-PPT问题的答案
第一章1、什么是流体？流体的三大特性？流体是能流动的物质。
从其力学特征看，流体是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。
流体的三大特性：易流动性，可压缩性，粘性2、什么是流体的连续介质假设？对于流体质点而言，我们假定他们之间没有空隙，在空间连续分布，所以将流体视为由无数连续分布的流体质点所组成的连续介质，这就是流体的连续介质假设。
连续介质假设是流体力学的基本假设之一，我们依据了这个假设，才能把微观问题转化为宏观问题来处理。
3、什么是不可压缩流体？流体的膨胀系数和压缩系数全为零的流体叫不可压缩流体。
4、体积压缩系数、温度膨胀系数如何定义？体积压缩系数：表示当温度保持不变时，单位压强增量所引起的体积变化率。
温度膨胀系数：表示当压强不变时，单位温升所引起的流体体积的变化率。
5、什么是流体的黏性？流体的粘性是指流体质点运动发生相对滑移时产生切向阻力的性质。
6、什么是牛顿内摩擦定律？作用在流层上的切向力与速度梯度成正比，其比例系数为流体的动力粘度7、动力黏度与压强、温度有什么关系？普通压强对流体的黏度几乎没有影响，可以认为，流体的黏度只随温度变化。
温度对流体粘度的影响很大。
液体的黏度随着温度的上升而减小，气体的黏度随着温度的上升而增大。
之所以会出现这种情况，是因为构成它们黏性的机理不同。
液体分子间的吸引力是构成液体黏性的主要因素；构成气体黏性的主要因素是气体分子做随机运动时，在不同流速的流层间所进行的动量交换。
8、什么是理想流体？黏性为零的流体称为理想流体9、如何计算肥皂泡内的压强？设肥皂泡外压强为大气压强P0,表面张力系数为σ。
表面张力引起的附加压力成为毛细压力，曲面的凹面高于凸面的压强差为ΔP=2σR（R为球面的曲率半径）。
对肥皂泡，因为存在两个液体表面，故泡内高于泡外的压强差为ΔP=4σR.所以肥皂泡内压强:P1=P0+4σR1、什么是质量力、表面力，二者有何关系？质量力：指作用在流体内部每一个质点上的力，它的大小与流体的质量成正比。
化工原理液体流动ppt课件
常见的液柱压差计有以下几种。
.
26
a) 普通 U 型管压差计 b) 倒 U 型管压差计 c) 倾斜 U 型管压差计 d) 微差压差计
p1 p2
0
p1
a
b
R
Ra b
a
0
(a)
p1 p2 (b)
0
(c)
p1 p2
p2
02
b R1
a
b
01
(d)
常见液柱压差计
.
27
（ａ）普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上的 a、b 两点在相连通 的同一静止流体内，两点处静压强相等*
化工中的介质大部分为流体（便于连续生产过程工业）; 流动对传热、传质及化学反应的影 响;
.
4
煤气洗涤装置示意图
流体动力学问题：流体（水 和煤气）在泵（或鼓风机）、流 量计以及管道中流动等；
流体静力学问题：压差计中
流体、水封箱中的水 确定流体输
送管路的直径，计算流动过程产
生的阻力和输送流体所需的动力。
方程式推导
（1）向上作用于薄层下底的总压力，PA （2）向下作用于薄层上底的总压力，（P+dp）A （3）向下作用的重力， gAdz
由于流体处于静止，其
垂直方向所受到的各力代数
和应等于零，简化可得：
dp
gdz
.
z
o
流体静力学基本方程推导
20
流体静力学基本方程式推 导:
在右图中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
化工原理
Principles of Chemical Engineering
朱德春 合肥学院化学与材料工程系
.
1
.
26
a) 普通 U 型管压差计 b) 倒 U 型管压差计 c) 倾斜 U 型管压差计 d) 微差压差计
p1 p2
0
p1
a
b
R
Ra b
a
0
(a)
p1 p2 (b)
0
(c)
p1 p2
p2
02
b R1
a
b
01
(d)
常见液柱压差计
.
27
（ａ）普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上的 a、b 两点在相连通 的同一静止流体内，两点处静压强相等*
化工中的介质大部分为流体（便于连续生产过程工业）; 流动对传热、传质及化学反应的影 响;
.
4
煤气洗涤装置示意图
流体动力学问题：流体（水 和煤气）在泵（或鼓风机）、流 量计以及管道中流动等；
流体静力学问题：压差计中
流体、水封箱中的水 确定流体输
送管路的直径，计算流动过程产
生的阻力和输送流体所需的动力。
方程式推导
（1）向上作用于薄层下底的总压力，PA （2）向下作用于薄层上底的总压力，（P+dp）A （3）向下作用的重力， gAdz
由于流体处于静止，其
垂直方向所受到的各力代数
和应等于零，简化可得：
dp
gdz
.
z
o
流体静力学基本方程推导
20
流体静力学基本方程式推 导:
在右图中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
化工原理
Principles of Chemical Engineering
朱德春 合肥学院化学与材料工程系
.
1
化工原理第一章 流体流动.ppt
z1 g
1 2
u1
2
p1
We
z2 g
1 2
u
2
2
p2
W f
(1)
式中各项单位为J/kg。
下午5时49分
24喻国华
（2）以单位重量流体为基准
将(1)式各项同除重力加速度g :
z1
1 2g
u12
p1
g
We g
z2
1 2g
u22
p2
g
Wf g
令
He
We g
1~3 m/s 0.5~1 m/s 8~15 m/s 15～25 m/s
下午5时49分
14喻国华
稳定流动与不稳定流动
稳定流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量 仅随位置变化，而不随时间变化；
T, p,u f (x, y, z)
不稳定流动：流体在各截面上的有关物理量既随位 置变化，也随时间变化。
（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也 应一致，即同为绝压或同为表压。
下午5时49分
35喻国华
例 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液
位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液
管 为 φ45×2.5mm 的 钢 管 ， 要 求
pa
送液量为 3.6m3/h。设料液在管 内的压头损失为1.2m（不包括出 h
下午5时49分
4喻国华
例1-2
如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示 液为水银，两U形压差计间充满水。相对于某一基准 面，各指示液界面高度分别为
Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。
化工原理第一章第四节流体流动现象-PPT
p2
gz3
u32 2
p3
gz4
u42 2
p4
gz5
u52 2
p5
gz6
u62 2
p6
4
4' 3 3'
1
1' 5 5'
6 6' 2 2'
【例6】水经变径管从上向下流动，粗细管径分别为d2=184mm,
d1=100mm，水在粗管内的流速为u2=2m/s，两测压口垂直距离
h=1.5m，由1-1 至 2-2 截面间能量损失hf1-2=11.38J/kg,问：U
第四节 流体在管内的流动阻力
流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力. ——流动阻力产生的根源
直管阻力 ：流体流经一定管径的直管时由
管路中的阻力
hf
于流体的内摩擦而产生的阻力
hf
局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门及
hf 管截面的突然扩大及缩小等局部
32
h f h f hf 地方所引起的阻力。
h f : 单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。
14
即Pa。
F u
S y
du
dy
——牛顿粘性定律
式中：
du ：速度梯度 dy
：比例系数，它的值随流体的不同而不同，流
体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简
称粘度。
15
2、流体的粘度
1)物理意义
du dy
促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来
P2= 6.15×104Pa(表压) hf1-2= 160J/kg
u2
Vs
d2
34.5 0.072 3600
化工原理流体流动ppt课件
倾斜 管路 压差 测量:
Pa Pb
根据流体静力学方程
Pa P1 Bgm R
Pb P2 Bg(z m) AgR
P1 B gm R
P2 B g(z m) AgR
P1 P2 A B gR Agz 当管子平放时： P1 P2 A B gR
——两点间压差计算公式
式中 ：M１、M2、… Mn—— 气体混合物各组分的分子量
Ø气体混合物的组成通常以体积分率表示。
Ø对于理想气体：体积分率与摩尔分率、压力分率是相等的。
液体混合物: 液体混合时，体积往往有所改变。若混合前
后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体 积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρm。
当被测的流体为气体时，A B , B 可忽略,则
P1 P2 A gR
※若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气
相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气 压之差，也就是被测流体的表压或真空度。
p1 pa
p1 pa
表压
真空度
当P1-P2值较小时，R值也较小，若希望读数R清晰， 可采取三种措施：①两种指示液的密度差尽可能减
实际流体都是可压缩的
一般，液体可看成是不可压缩的流体 气体可看成是可压缩流体
第一节 流体静力学
流体静力学主要研究流体静止时其 内部压强变化的规律。描述这一规律的 数学表达式，称为流体静力学基本方程 式。先介绍有关概念。
一、流体的压力
（1） 定义和单位
压强－－流体垂直作用于单位面积上的力称为流 体的压强，工程上习惯称为流体的压力。
1mw 1 1w 2 2 w n ni n1w ii (1-7)
式中 w1、w2、…，wn —— 液体混合物中各组分的质量分率； ρ1、ρ2、…，ρn —— 液体混合物中各组分的密度，kg/m3；
化工原理第一章流体流动课件
流体静力学基本方程
STEP 02
STEP 01
流体静力学基本方程是流 体静压强与其密度和重力 加速度的关系式。
STEP 03
该方程是流体静力学中的 基础方程，对于理解流体 静力学中的各种现象非常 重要。
该方程可以用来计算流体 的静压强、流体的密度和 重力加速度之间的关系。
静压力对流体的作用力
流体在静压力作用下会产生压缩或膨 胀，这与其弹性有关。
Part
04
流体流动的阻力
流动阻力的产生与分类
流动阻力
流体在管道中流动时，由于流体内部及 流体与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
VS
阻力分类
直管阻力和局部阻力。直管阻力是流体在 管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的 粗糙度引起的摩擦阻力；局部阻力则是流 体流经管路中的阀门、弯头等局部结构时 ，由于流体的方向和速度发生急剧变化而 引起的阻力。
流体微团的运动分析
流体微团的定义
流体微团是指流体中无限接近的、密合在一起的若干分子组成的微小团体。
流体微团的运动分析
通过对流体微团的运动分析，可以研究流体的宏观运动规律，如速度场、加速 度、角速度等。这些参数对于理解流体动力学的基本原理和工程应用非常重要 。
牛顿粘性定律及流体的分类
牛顿粘性定律的定义
绝对压力
以完全真空为零点测量的 压力，单位为帕斯卡（Pa ）。
表压
以当地大气压为基准测量 的压力，单位也为帕斯卡 （Pa）。
真空度
与大气压相比的压力差值 ，单位为帕斯卡（Pa）。
流体静压强分布规律
流体静压强大小与流体的 密度、重力加速度和高度 有关。
在重力场中，流体静压强 随高度增加而减小。
在同一高度上，不同流体 的静压强不同。
流体流动练习题
基准面的垂直距离分别为：ｈ1=2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中
水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa= 99.3×103ｐａ。试求
锅炉上方水蒸气的压强Ｐ0。
解: 取1-1’, 2-2’, 3-3’为等压面
P1=Pa+ ρ水银g(h1-h2)
----3分
P2=P1 - ρ水g(h3-h2)
5.如题图所示虹吸装置。忽略在管内流动损失，虹吸管出口与罐底部相平，
H=4.905m，则虹吸管出口处的流速ｕ= 9.81m/s
。。
6.圆形直管内流体层流流动的速度分布呈_抛物线或抛物面_形状，摩擦
6.圆形直管内流体层流流动的速度分布呈__________形状，摩擦阻力系数
阻力系数与雷诺数的关系是__=64/Re__。
3. 如图所示，理想流体在在水平异径管中稳态流动，则下
列说法正确的是（）
列说法正确的是（B）
A. PA >PB,
B. PA <PB, C. PA=PB,
D. 无法判断,
4. . 如图所示，黏性流体在在水平异径管中稳态流动，则下
列说法正确的是（）
列说法正确的是（D）
A. PA >PB,
B. PA <PB, C. PA=PB,
D.理想流体
4.已知大气压为100KPa时，某密闭容器上的表压显示为0.1MPa，现将该容器连同压力表移至高山上，
表压显示为0.12MPa，则该处的大气压为（C）。
表压显示为0.12MPa，则该处的大气压为（）。
A. 120KPa B. 99.9KPa C. 80KPa D. 99.88KPa
5. 用普通U型管测量仪水平管内的压降，测得R1为50mm，已知指示剂为
水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa= 99.3×103ｐａ。试求
锅炉上方水蒸气的压强Ｐ0。
解: 取1-1’, 2-2’, 3-3’为等压面
P1=Pa+ ρ水银g(h1-h2)
----3分
P2=P1 - ρ水g(h3-h2)
5.如题图所示虹吸装置。忽略在管内流动损失，虹吸管出口与罐底部相平，
H=4.905m，则虹吸管出口处的流速ｕ= 9.81m/s
。。
6.圆形直管内流体层流流动的速度分布呈_抛物线或抛物面_形状，摩擦
6.圆形直管内流体层流流动的速度分布呈__________形状，摩擦阻力系数
阻力系数与雷诺数的关系是__=64/Re__。
3. 如图所示，理想流体在在水平异径管中稳态流动，则下
列说法正确的是（）
列说法正确的是（B）
A. PA >PB,
B. PA <PB, C. PA=PB,
D. 无法判断,
4. . 如图所示，黏性流体在在水平异径管中稳态流动，则下
列说法正确的是（）
列说法正确的是（D）
A. PA >PB,
B. PA <PB, C. PA=PB,
D.理想流体
4.已知大气压为100KPa时，某密闭容器上的表压显示为0.1MPa，现将该容器连同压力表移至高山上，
表压显示为0.12MPa，则该处的大气压为（C）。
表压显示为0.12MPa，则该处的大气压为（）。
A. 120KPa B. 99.9KPa C. 80KPa D. 99.88KPa
5. 用普通U型管测量仪水平管内的压降，测得R1为50mm，已知指示剂为
第一章 流体力学基础ppt课件(共105张PPT)
原
力〔垂直于作用面，记为 ii〕和两个切向 应力〔又称为剪应力，平行于作用面，记为
理
ij，i j），例如图中与z轴垂直的面上受
到的应力为 zz〔法向）、 zx和 zy〔切
电 向），它们的矢量和为：
子
课
件 τ zzix zjy zkz
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主题
西
1.1 概述
安
交 • 3 作用在流体上的力
大 化
子 课 件
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主题
西
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交
大 思索：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反
化 映了什么？
工 原
理 p1p2
p2
p1 z2
电 子
(0)gR(z2z1)g z1
课
R
件
A A’
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主题
西 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交 大
•
2．压差计
化 • （2〕双液柱压差计
p1
p2
工•
原•
理
电•
子•
课
件
又称微差压差计适用于压差较小的场合。
z1
1
z1
密度接近但不互溶的两种指示
液1和2 ， 1略小于 2 ；
R
扩p 大1 室p 内2 径与2 U 管1 内g 径之R 比应大于10 。 2
图 1-8 双 液 柱 压 差 计
返回
安
交 大
•
1．压力计
化 • （2〕U形压力计
pa
工 • 设U形管中指示液液面高度差为RA，1 指• 示液
流体在管道中的流动PPT幻灯片课件
•
de=4R=4×0.173=0.693m
•
V=Q/A=0.2/0.48=0.417m/s
10
材料工程基础
• 矩形 a·3a=3a2=0.48m2 a=0.4m b=1.2m
R ab 0.48 0.15 m 2(a b) 2 1.6
• de=4×0.15=0.6m V=Q/A=0.417m/s
则
hf
p1 p2
g
测压管中的水柱高差△Ｐ即为有效截面1-1和2-2 间的压头损失。
14
材料工程基础
图４-３ 水平等 直管道中水头损失
15
材料工程基础
伯努利(能量)方程实验
16
材料工程基础
【例4-1】 管道直径 d 100mm，输送水的流量 qV 0.01
m3/s，水的运动黏度 1106 m2/s，求水在管中的流动状 态？若输送 1.14104 m2/s的石油，保持前一种情况下的流 速不变，流动又是什么状态？
6
材料工程基础
４.１.２ 雷诺数
流体的流动状态与流速、管径和流体的黏性等物理性质有关。
uc d
引入比例系数 Rec
uc Rec d Rec d 或
Rec
ucd
Rec 称为临界雷诺数，是一个无量纲数。
7
材料工程基础
流体在任意形状截面的管道中流动时，雷诺数的形式是
Re ude
材料工程基础
第四节 流体在管道中的流动 一维定常流动
4.1 流体的两种流动状态 4.2 圆管中流体的层流流动 4.3 圆管中流体的紊流流动 4.4 流动阻力损失 4.5 管路计算
1
流体力学课件第三章例题与习题
uz
ux z
2 2(2t 2x 2 y) 2(t y z) 0(t x z) t3 x2, y2,z1
ay
Du y Dt
u y t
ux
u y x
uy
u y y
uz
u y z
az
Du z Dt
uz t
ux
uz x
uy
uz y
uz
uz z
习题 3-8
u
x
u y
xy2 1
ln
y
C1
ln( x 2) ln( z 3) C2
经过空间点 （3,1,4）
流线方程为：
ln( x 2) 1 ln y
3
ln( x 2) ln( z 3)
CC12
0 0
x
1
y3
2
x z 1
例题：已知某平面流场速度分布为：
ux
t
x 3
uy y 2
求其流线方程和迹线方程。
ln( x t)( y t) C
t=0时过（-1,-1）
C0
xy 1
例题：已知某平面流场速度分布为：
ux x t uy y t
求在t=0时过（-1,-1）其流线方程和迹线方程。
解：
迹线方程：
dx dy dt
xt yt
dx xt
dt
dy
dt
y t
dx ddyt dt
t 3) t
ln
ln C1 C2
x 3
y C2eC1 2
x C1(t 3)
y
C2et
2
例题：已知某平面流场速度分布为：
ux x t uy y t
求在t=0时过（-1,-1）其流线方程和迹线方程。