空气在管道中流动的基本规律
流动流体的基本规律
2.2 流动流体的基本规律2.2.1 流动的基本概念流体和连续性假设流体是气体和液体的统称。
气体和液体的共同点是不能保持一定形状，具有流动性；而其不同点表现在液体具有一定的体积，几乎不可压缩；而气体可以压缩。
当所研究的问题并不涉及到压缩性时，所建立的流动规律，既适合于液体也适合于气体，通常称为流体力学规律；此时通常不明确区分气体和液体而泛称为流体。
当计及压缩性时，气体和液体就必须分别处理。
空气是由分子构成，在标准状态下（即在气体温度15℃、一个大气压的海平面上），每一立方毫米的空间里含有2.7×1016个分子。
空气分子的自由行程很小，大约为6×10-6cm。
当飞行器在这种空气介质中运动时，由于飞行器的外形尺寸远远大于空气分子的自由行程，故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，空气分子之间的距离完全可以忽略不计，即把空气看成是连续的介质。
这就是空气动力学研究中常说的连续性假设。
随着海拔高度的增加，空气的密度越来越小，空气分子的自由行程越来越大。
当飞行器在40km以下高度飞行时，可以认为是在稠密大气层内飞行，这时空气可看成连续的。
在120~150km高度上，空气分子的自由行程大约与飞行器的外形尺寸在同一个量级范围之内；在200km高度以上，气体分子的自由行程有好几千米。
在这种情况下，大气就不能看成是连续介质了。
运动的转换在空气动力学中，为了简化理论和试验研究，广泛采用运动的转换原理运动的转换原理，是根据加利略所确定的运动的相对原理而建立的。
相对原理，即如果在一个运动的物体系上附加上一个任意的等速直线运动，则此附加的等速直线运动并不破坏原来运动的物体系中各物体之间的相对运动，也不改变各物体所受的力。
利用运动的转换原理，使问题的研究大为简化。
设飞机以速度v∞在静止空气中运动(图2.2.1)，根据相对原理，可以给该物体系(飞机与周围空气)加上一个与速度v∞大小相等方向相反的速度。
这样得到的运动是，飞机静止不动，无穷远处气流以速度v∞流向飞机。
空气在管道中流动的基本规律
第一章空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的理论基础。
本章中心内容是工程流体力学基本知识，主要是空气的基本特性及运动时的基本规律。
1.1 空气的基本特性及流动的基本概念流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体（主要是空气）可视为连续体，即所谓连续性的假设。
这意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
研究证明，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
因此在工程应用上，用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
1.1.1 空气的基本特性1．密度和重度单位体积空气所具有的空气质量称为空气密度，用符号ρ表示。
其表达式为：（1-1）式中：ρ——空气的密度（kg/m3）；m——空气的质量（kg）；V——空气的体积（m3）。
单位体积空气所具有的空气重量称为空气重度，用符号表示。
其表达式为：（1-2）式中：——空气的重度（N/m3）；——空气的重量（N）；——空气的体积（m3）。
对于液体而言，重度随温度改变而变化。
而对于气体而言，气体的重度取决于温度和压强的改变。
由公式（1-2）两边除以，可以得出空气的密度与重度存在如下关系；（1-3）式中：——当地重力加速度，通常取9.81（m/s2）。
2．温度温度是标志物体冷热程度的参数。
就空气而言，温度和空气分子热运动的平均动能有关。
空气的性质和流动规律
§1 空气的性质
2、湿度
空气中水汽的含量称为空气的湿度。
a、绝对湿度 单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量即绝对湿度。 单位：kg/kg或kg/m3。 b、相对湿度： 空气中水汽的含量达到在该温度下最大值时的气体状态，
称为饱和状态。
.
§1 空气的性质
在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度， 称为相对湿度。
具有液体一样的性质。
.
§1 空气的性质
6.通风工程上的标准空气
温度20℃，绝对压强760mmHg，相对湿度50%的空气 定义为通风工程上的标准空气：
重度γa=11.77N/m3 密度ρa=1.2kg/m3
.
§1 空气的性质
六、空气的压强
1.压强的表示方法 （1）绝对压强 以毫无一点空气存在的绝对真空为基准计
2.膨胀性 空气因温度增加而体积增大、密度减小的特性 称为空气的膨胀性。
.
§1 空气的性质
3.变化规律：理想气体状态方程
式中
p——空气的绝对压强，N/m2； ρ——空气的密度，kg/m3； R——气体常数，对于空气R=287N·m/kg·K； T——绝对温度，T=273+t，K； t——空气的摄氏温度，℃。
.
§1 空气的性质
四、空气的黏滞性
1、现象：
问题：在一倾斜面上分别到上水、油，谁流的快？
2、黏性定义
流体流动时，在流体内部质点间会产生内摩擦力来阻 止
流体的相对运动，这种性质称为黏滞性。 4.黏性的意义 空气的黏滞性是空气流动产生阻力的根本原因. 。
§1 空气的性质
五、空气的压缩性和膨胀性
1.压缩性 空气受到压强作用体积缩小、密度增大的特性 称为空气的压缩性。
04-2雨水内排水系统中的水、气流动规律
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4.2 雨水内排水系统中的水、气流动规律
4.2.1 单斗雨水排水系统
３．立管的水气流动状态 立管的泄流能力大于悬吊管的泄流能力。
初始阶段： 立管内是附壁水膜重力流，管道内压力变化不大。随着
天沟水位增大，立管水流呈气水两相流，立管上部为负压区， 下部为正压区，压力的变化近似为线形关系。 立管上部形成负压后：
部分消耗于克服水头损失，另一部分在检查井中转变为位能， 使检查井水位升高。
同时由于气、水运动不同步，高速水流中挟带的气体受 浮力作用产生垂直运动，混掺现象激烈，使水流在检查井内 上下翻滚，水流紊乱，阻挠水流顺利进入下游的埋地管。 注意：如设计不当，极易出现检查井冒水。
后退
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4.2 雨水内排水系统中的水、气流动规律
4.2.1 单斗雨水排水系统
垂直接入：进、出检查井的管轴线成90°。
水力现象： 排出管中的高速水流直冲检查井井壁，受井壁阻挡，水
流则上下翻滚，使检查井内的水流旋转紊乱，另一方面，水 流的动能在检查井转变成位能，同时水中所携带的气体，也 会逸出，井中水位迅速升高，水位升高超过井深，就会冒水。 注意：
到tB时K =0。随着天沟水位的逐渐增大，立管中的水
流状态是在变化的，频繁形成水塞，出现抽吸力，管内压 力增加比较快，形成是重力——压力气水两相流。
后退
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4.2 雨水内排水系统中的水、气流动规律
4.2.1 单斗雨水排水系统
饱和阶段（tB≤t＜∞）： tB以后hg增大 ，天沟水深完全淹没雨水斗，雨水斗不再
内呈附壁流或膜流，管道中心空气畅通，管内压力约等于大气 压。雨水泄流为气水两相重力流。
空气在管道中流动的基本规律
第一章空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的理论基础。
本章中心内容是工程流体力学基本知识，主要是空气的基本特性及运动时的基本规律。
1.1空气的基本特性及流动的基本概念流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体（主要是空气）可视为连续体，即所谓连续性的假设。
这意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
研究证明，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
因此在工程应用上，用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
1.1.1空气的基本特性1．密度和重度单位体积空气所具有的空气质量称为空气密度，用符号ρ表示。
其表达式为：????????????? ??????????? ???????????????? ???????????????? ?????????（1-1）式中：ρ——空气的密度（kg/m3）；???????????m ——空气的质量（kg）；V——空气的体积（m3）。
单位体积空气所具有的空气重量称为空气重度，用符号表示。
其表达式为：????????????? ???????????? ???????????????? ???????????????? ??????????（1-2）式中：——空气的重度（N/m3）；?????????——空气的重量（N）；——空气的体积（m3）。
流体力学基础 第一节 空气在管道中流动的基本规律
流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律第一章流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的基础。
本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识，主要是空气的物理性质及运动规律。
一、流体及其空气的物理性质(一) 流体通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。
流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。
这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。
实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15厘米的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1毫米3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。
质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。
高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。
所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
空气在管道中流动的基本规律
空气在管道中流动的基本规律Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT第一章空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的理论基础。
本章中心内容是工程流体力学基本知识，主要是空气的基本特性及运动时的基本规律。
空气的基本特性及流动的基本概念流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体（主要是空气）可视为连续体，即所谓连续性的假设。
这意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
研究证明，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
因此在工程应用上，用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
1.1.1空气的基本特性1．密度和重度单位体积空气所具有的空气质量称为空气密度，用符号ρ表示。
其表达式为：（1-1）式中：ρ——空气的密度（kg/m3）；m——空气的质量（kg）；V——空气的体积（m3）。
单位体积空气所具有的空气重量称为空气重度，用符号表示。
其表达式为：（1-2）式中：——空气的重度（N/m3）；——空气的重量（N）；——空气的体积（m3）。
对于液体而言，重度随温度改变而变化。
而对于气体而言，气体的重度取决于温度和压强的改变。
由公式（1-2）两边除以，可以得出空气的密度与重度存在如下关系；（1-3）式中：——当地重力加速度，通常取（m/s2）。
空气流动基本原理
p1 p2
m
v12 2
v22 2
g (Z1
Z2)
Lt
设1m3空气流动过程中旳能量损失为hR（Pa），则由体积和质 量旳关系，其值为1kg空气流动过程中旳能量损失（LR）乘以按 流动过程状态考虑计算旳空气密度ρm ，即
hR=LRρm
将上式代入前面旳式子，可得
hR
p1
p2
v12 2
v22 2
2.掌握空气流动旳连续性方程和能量方程 3.掌握紊流状态下旳摩擦阻力、局部阻力旳计算 4.了解风流流态与风道断面旳风速分布 5.掌握通风网络中风流旳基本定律和简朴通风网路特征 6.掌握自然风压旳计算措施 7.了解风道通风压力分布 8.了解吸入口与吹出口气流运动规律 9.掌握均匀送风与置换通风方式旳原理
第一节 风流压力
风流压力：单位体积空气所具有旳能够对外做功旳机械能。 一、静压
1.概念 由分子热运动产生旳分子动能旳一部分转化旳能够对外做功 旳机械能叫静压能，用Ep表达（J/m3）。 当空气分子撞击到器壁上时就有了力旳效应，这种单位面积 上力旳效应称为静压力，简称静压，用p表达（N/m2，即Pa） 工业通风中，静压即单位面积上受到旳垂直作用力。
抛物线
vc
指数曲线
vc
（a）层流
（b）紊流
图2-3-1 风流流态与风道断面风速分布示意图
2.风道断面风速分布
层流流态旳风流，断面上旳流速分布为抛物线形，中心最大
速度v0为平均流速旳2倍（图2-3-1）。
紊流状态下，管道内流速旳分布取决于Re旳大小。距管中心
r处旳流速与管中心（r=0）最大流速v0旳比值服从于指数定律
2.特点 （1）不论静止旳空气还是流动旳空气都具有静压力。 （2）风流中任一点旳静压各向同值，且垂直作用面。 （3）风流静压旳大小（可用仪表测量）反应了单位体积风 流所具有旳能够对外做功旳静压能旳多少。 3.表达措施 （1）绝对静压：以真空为测算零点（比较基准）而测得旳 压力，用p表达。 （2）相对静压：以本地当初同标高旳大气压力为测算基准 （零点）而测得旳压力，即表压力，用h表达。
第四讲：气体通过小孔和管道的流动
流量恒定关系（流量连续方程）：在稳定流动的状态下，单 位时间内通过真空系统任一截面的气体量相同。
QP 1S1 P 2 S2 ...... P n Sn
真空与过装教研室
第四讲：气体流动
流导与流阻、传输几率（流导关系）
并联管道的流导： C C1 C2 ......
第四讲：气体流动
• 分子流流导计算（knudsen、M-C、传输几率法）
1 薄壁孔 2 长管 3 短管 4 薄壁隔板圆孔 5 弯管 D/D0<<1
真空与过装教研室
第四讲：气体流动
• 分子流流导计算--薄壁孔
假设： 1分子之间没有碰撞，分 子只和器壁碰撞，进行漫 反射； 2 分子流动过程中温度不 变； 3气体分子入射管道的方 位和角度完全随机；
G PV
• 流量Q：单位时间内通过给定截面的气体量；用来反映气体的强弱。
Q PV / t
Q C P 1P 2
Q PS
• 流导C和流阻Ｗ：当气体流经具有压差的管孔时，压差和流量间的比 例系数；流导和流阻为倒数关系。
P 1P 2 Q/C
C 1/W
真空与过装教研室
第四讲：气体流动
第四讲：气体流动
气体在管道中的流动（分子性流动）
粘滞性流动条件下，气体分子和器壁的摩擦力以及内摩擦力均存在，处 理起来较为困难。当克奴曾数大于0.01时，内摩擦力可以忽略，并使用克努 曾公式来计算：
2 R3 Q v P1 P2 3 l
可见：
1 2RT d 3 C 6 l
流量和管道直径三次方成正比，与管道长度成反比；
v
4
nmu A(n1kT n 2kT ) BLv mun 4AkT
分析气体在管道中的压力波传播特性
分析气体在管道中的压力波传播特性气体在管道中的压力波传播特性是研究气体流动和传递过程中的重要内容之一。
了解气体在管道中的压力波传播特性可以帮助我们更好地设计和优化管道系统，确保其安全、高效运行。
本文将从气体流动的基本原理、压力波的形成机制以及传播特性等角度进行分析。
首先，气体在管道中的流动是由于压力差的存在。
当气体从高压区域流向低压区域时，会形成气体流动。
在这个过程中，由于气体具有一定的弹性，当气体流动的速度发生突然变化时，会引发压力波。
压力波是由气体的振动引起的一种波动现象，它会沿着管道传播。
其次，压力波的形成机制主要包括阀门操作、泵送操作和管道破裂等因素。
当阀门突然关闭或打开时，会引起气体流动速度的突变，从而形成压力波。
同样，当泵送操作开始或结束时，也会导致气体速度的突变，引发压力波。
此外，如果管道发生破裂，由于气体的突然释放，也会形成压力波。
因此，我们在设计管道系统时，需要考虑这些因素，避免不必要的压力波。
然后，压力波在管道中的传播特性是我们分析的重点。
在气体流动中，压力波的速度通常远大于气体流动速度。
这是因为压力波的传播速度取决于两个因素：管道中的气体性质和管道的几何形状。
一般来说，气体的传播速度在空气中约为343米/秒，这是声速，而在管道中通常会比声速略高。
此外，管道的几何形状也会影响压力波的传播速度。
例如，当管道直径较大时，压力波的传播速度会较低，而管道直径较小时，压力波的传播速度会较高。
除了传播速度，压力波还会引起管道内气体压力的突变。
当压力波通过管道时，它会引起局部区域的气体压力上升或下降。
这取决于压力波的类型，压力波可以分为正压力波和负压力波两种。
正压力波会引起管道内气体压力的上升，而负压力波则会引起管道内气体压力的下降。
这些压力变化可能会对管道系统产生影响，例如造成管道破裂或设备损坏的风险。
此外，压力波的传播过程中还会发生波的反射和折射现象。
当压力波传播到管道的一端时，会发生反射，即波会从管道末端反弹回来。
03-3排水管系中的水-气流动规律
线的间距应有一个最小高度H。
否则最底层或排水立管的汇 合层的横支管要单独排放。
仅设置伸顶通气管时，最低 排水横支管与立管连接处距 排水立管的管底垂直距离， 不得小于下表中规定
H
首层单独排放
3.3 排水管系中的水、气流动规律
3.3.3 横管内水流状态
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最低排水横支管与立管连接处距排水立管的管底垂直距离
第3章 建筑内部排水系统
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3.3 排水管系中的水、气流动规律
3.3 排水管系中的水、气流动规律
3.3.1 建筑内部排水流动特征
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由于污废水中可能含有各种固体杂质，管道内实际上是 气、水、固体三相流动。
一般情况下固体杂质所占的排水体积比较小，为简化分 析，可认为排水管道内为气、水两相流动。
气水混合。
由立管 排水横干管 室外
立管最底部水流进入排水横干管时， 水流突然改变方向，速度骤然减小，
同时发生气水分离。
3.3 排水管系中的水、气流动规律
3.3.1 建筑内部排水流动特征
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４．事故危害大 室内污、废水中含有部分固体杂质，
容易使管道排水不畅，堵塞管道，造成 污水外溢，污水通过卫生器具或地漏溢 出，污染室内环境；
自虹吸损失
诱导虹吸损失
静态损失
3.3 排水管系中的水、气流动规律
3.3.3 横管内水流状态
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１．横管内水流能量 竖直下落的污水具有较大的动能，进人横管后，由于改
空气流动的流体力学原理—压强、流速和流量的测定
管道风速和风量的测定
风速和风量测定一般用到以下仪器设备：
1.毕托管
2.U型压力计
3.橡胶管
4.卷尺或钢尺
5.胶带
6.记号笔
1.确定测定截面和测点；
2.在毕托管上标注测点位置；
3.准备U型压力计；
4.逐点测定动压；
5.记录数值与计算
1.确定测定截面和测点
管径/mm
130
130-200
200-450
450-650
环数
1
2
3
4
（1）用卷尺或钢尺测量管道直径；
1
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
（2）根据下表确定环数和测点。
2
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
2.在毕托管上标注测点
3
0.866R
0.707R
0.612R
4
0.866R
0.707R
H d 2 ~ H dn ) 2
n2
在测定动压时，有时会碰到某些测点的读数出现零值或负值的情况，
这是由于气流很不稳定而出现旋涡所产生的。在上式计算平均动压时，应
将负值当作零计算，测点数n仍包括该测点在内。
习题讲解：
7、计算1200m高空大气的空气重度（假设空气等温变化）
解释：
大气压力：海拔高度每升高1000 m，相对大气压力大约降低12%；
的性能曲线和风网的特性曲线画在同一个坐标图上，两条曲线的交点。
二、离心式通风机的工作点
✓
P H
R1
R
A1
A
PA (H )
A
空气在管道中流动的基本规律
第一章空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等，这些部门不仅流体种类各异，而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的理论基础。
本章中心内容是工程流体力学基本知识，主要是空气的基本特性及运动时的基本规律。
1.1 空气的基本特性及流动的基本概念流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体（主要是空气）可视为连续体，即所谓连续性的假设。
这意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
研究证明，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
因此在工程应用上，用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
1.1.1 空气的基本特性1．密度和重度单位体积空气所具有的空气质量称为空气密度，用符号ρ表示。
其表达式为：（1-1）式中：ρ——空气的密度（kg/m3）；m——空气的质量（kg）；V——空气的体积（m3）。
单位体积空气所具有的空气重量称为空气重度，用符号表示。
其表达式为：（1-2）式中：——空气的重度（N/m3）；——空气的重量（N）；——空气的体积（m3）。
对于液体而言，重度随温度改变而变化。
而对于气体而言，气体的重度取决于温度和压强的改变。
由公式（1-2）两边除以，可以得出空气的密度与重度存在如下关系；（1-3）式中：——当地重力加速度，通常取9.81（m/s2）。
2．温度温度是标志物体冷热程度的参数。
就空气而言，温度和空气分子热运动的平均动能有关。
工程热力学与传热学第7章气体的流动.
第七章 气体的流动(Gas Flow)第一节 气体在喷管和扩压管中的流动主题1：喷管和扩压管的断面变化规律一、稳定流动基本方程气体在喷管和扩压管中的流动过程作可逆绝热过程，气体流动过程所依据的基本方程式有：连续性方程式、能量方程式、及状态方程式。
１、连续性方程连续性方程反映了气体流动时质量守恒的规律。
定值=⋅=vf mg ω写成微分形式ggd v dv f df ωω-=7-1它给出了流速、截面面积和比容之间的关系。
连续性方程从质量守恒原理推得，所以普遍适用于稳定流动过程，即不论流体的性质如何（液体和气体），或过程是否可逆。
２、能量方程能量方程反映了气体流动时能量转换的规律。
由式（3-8），对于喷管和扩压管中的稳定绝热流动过程，212122)(21h h g g -=-ωω 写成微分形式dh d g -=221ω7-2３、过程方程过程方程反映了气体流动时的状态变化规律。
对于绝热过程，在每一截面上，气体基本热力学状态参数之间的关系：定值=k pv写成微分式0=+vdv k p dp 7-3二、音速和马赫数音速是决定于介质的性质及介质状态的一个参数，在理想气体中音速可表示为kRT kpv a ==7-4因为音速的大小与气体的状态有关，所以音速是指某一状态的音速，称为当地音速。
流速与声速的比值称为马赫数：M ag=ω 7-5利用马赫数可将气体流动分类为：m 2g v 222图7-1管道稳定流动示意图亚声速流动：1<M a g <ω超声速流动：1>M a g >ω 临界流动： 1=Ma g =ω三、促使气体流速变化的条件 1、力学条件由式（3-5），对于开口系统可逆稳定流动过程，能量方程⎰-∆=21vdp h q 或 vdp dh q -=δ，式中0=q δ所以 vdp dh = 7-6 联合（7-2）和（7-6）vdp d g g -=ωω7-7由式7-7可见，气体在流动中流速变化与压力变化的符号始终相反，表明气流在流动中因膨胀而压力下降时，流速增加；如气流被压缩而压力升高时，则流速必降低。
垂直管中气液两相气泡流的流动规律
垂直管中气液两相气泡流的流动规律流体在管道中的流动状态可分为两种类型。
当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间互不混合。
因此，充满整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动，这种流动状态称为层流(laminarflow)或滞流(viscousflow)。
当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的运动速度在大小和方向上都有时发生变化，于是质点间彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流(turbulentflow)或紊流。
流型又称流态，即流体流动的形式或结构,两相流中相间界面的形状和分布状况，就构成了不同的两相流流型。
两相间存在的随机可变的相界面致使两相流动形式多种多样，十分复杂。
流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。
对两相流各种参数准确测量也往往依赖于对流型的了解。
流型的研究已有数十年的历史，但流型的分类尚未统一，甚至同一名称的流型在定义上也不一致。
气液两相流的流型划分。
传统的流动结构判别方法主要有两类采用实验方法作出流型图，采用可视化方法、射线衰减法、接触式探针法等；根据对流型转变机理得到转变关系式，利用现场的流动参数来确定具体的流型。
正确预测判别多相流的流动结构是困难的：理论上一个多相流系统的流动结构有无穷多个影响多相流流动结构的因素多且复杂研究现状：已进行了大量的测量、观察和分析研究工作，至今只有在两相流领域中得出了一些应用范围有限的流动结构判别图及相应的流型判别式，可以粗略地判别管道中两相流体的流动结构。
无论是流型图还是流型判别式都需依靠实验确定出流型转变条件，而且这些转变条件都是针对一定的流道，在一定的介质参数下，进行直接观察实验，用目测或摄影(高速摄影、高速闪光摄像等)来区分流型。
目测与摄影都带有主观因素，缺乏客观判断，尤其是在流型转变区域，更难分辨。
流型研究主要采用技术：对于不透明管道，采用高速x射线CT法，中子射线照相法(NeutronRa—diography)、加速器产生的阳极射线法，NMR(NuclearMagneticResonance，核磁共振)法。
空气的性质和流动规律
空气流动原因：
力是改变物体运动状态的原因。由于气体压强的不 平衡，因而引起了空气的流动。
1.管流
空气在管道中的流动，简称为管流。
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§2空气管流的速度和风量
2. 射流（出风口气流）
空气以一定的速度从管道端头、容器或管道上的条 缝、孔口等处流出，在空气中沿气流运动方向形成一股 气流，这股气流称为通风射流。
2.重度
单位：N/m3；符号： 如：空气的重度 a=11.77 N/m3
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§1 空气的性质
3、重度和密度的关系： = g 4、重度的工程单位制： kg/m3
如:空气的重度 a=1.2 kg/m3
精品课件
§1 空气的性质
三、温度和湿度
1、温度 a、摄氏温度t （℃） b、绝对温度T （K） 关系：T=273+ t
精品课件
§1 空气的性质
3.从空气组分是否变化上 a、恒定组分：如氮气、氧气、氩气及稀有气体；
b、可变组分：CO2、水汽； c、不定组分：悬浮微粒。
精品课件
§1 空气的性质
二、空气的密度和重度
1.密度
单位：kg/m3；符号：
如：空气的密度： a=1.2 kg/m3 水的密度： 水=1000 kg/m3
1atm=760mmHg=10336 mmH2O=10336 kg/m2
1at.=10000mmH2O=1kg/cm2=9.81×104Pa =736 mmHg
精品课件
§1 空气的性质
其他常用的压强单位及单位换算关系： 1兆帕（mPa）=106Pa 1千帕（KPa）=1000 Pa 1巴（bar）=105 Pa 1托（Tor）=1 mmHg=133.322 Pa
1-2 流体在管内的流动
知识点1-2 流体在管内的流动⒈ 学习目的通过学习掌握流体在管内流动的宏观规律——流体流动的守恒定律，其中包括质量守恒定律——连续性方程式及机械能守恒定律——柏努利方程式，并学会运用这两个基本定律解决流体流动的有关计算问题。
⒉本知识点的重点本知识点以连续方程及柏努利方程为重点，掌握这两个方程式推导思路、适用条件、用柏努利方程解题的要点及注意事项。
通过实例加深对这两个方程式的理解。
正确确定衡算范围（上、下游截面的选取）及基准水平面是解题的关键。
3.本知识点的难点本知识点无难点，但在应用柏努利方程式计算流体流动问题时要特别注意流动的连续性及上、下游截面选取的正确性。
4.应完成的习题1-5．列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成。
空气以9m/s速度在列管内流动。
空气在管内的平均温度为50℃、压强为196×103Pa（表压），当地大气压为98.7×103Pa。
试求：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。
[答：（1）1.09kg/s；（2）0.343m3/s；(3)0.84m3/s]1-6．高位槽内的水面高于地面8m，水从108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。
在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按Σh f=6.5u2计算，其中u为水在管内的流速，m/s。
试计算：（1）A-A’截面处水的流速；（2）水的流量，以m3/h计。
[答：（1）2.9m/s；（2）82m3/h]1-7．20℃的水以2.5m/s的流速流经φ的水平管，此管以锥形管与另一53×3mm的水平管相连。
如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插一垂直玻璃管以面察两截面的压强。
若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
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第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈥ 压强
A点的压强高于当地大气压 B点的压强低于当地大气压
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈦ 比容
单位重量的流体占有的容积，与重度的关系为： Υ·υ=1
气体的比容随温度和压力变化。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈥ 压强
压强的大小可用垂直作用于管管壁单位面积上的压力来表示，即：
P=F/A
式中： P——压强[牛顿]； F——垂直作用于管壁的合力[牛顿]； A——管壁的总面积[米}。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈥ 压强 压强的单位通常有三种表示方法。 第一种，用单位面积的压力表示。 1帕=1/9.81[千克/米2] 第二种，用液柱高度表示。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈣ 粘滞性 流体在流动过程中，流体内部有相互约束的性质——流体的粘滞性 试验证明流体粘滞性的存在：
实验证明： 内摩擦力T的大小与流体种类有关；与流体的接触面积有关；与垂直 于板的速度梯度成正比，
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
1个物理大气压=10336[千克/米2]。
1个工程大气压=10000[千克/米2]。
标准空气的密度ρ=1.2千克/米3 三种方法换算关系为：
1物理大气压=10336[千克/米2]=10336[毫米水柱]=760[毫米汞柱] 1工程大气压=10000[千克/米2]=10000[毫米水柱]
=736 [毫米汞柱]
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈠、流体 通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。
流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间 有一定距离。
流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分 子集团，它们之间没有间隙，成为连续体。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈡ 密度
压强和温度对不可压缩流体密度的影响很小 ——可以把流体密度看成是常数。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈢重度
流体单位体积内所具有的流体重量，即：
G
V 密度与重度存在如下关系： Υ=ρg 式中： g——重力加速度，通常取9.81[米/秒2]
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈥ 压强
工程上，压强可按以下三种方法计算： 绝对压强——当计算压强以完全真空（P=0）为基准算起，称绝对压 强，其值为正。
相对压强——当计算压强以当地大气压（Pa）为基准算起时，称相 对压强或表压。
真空度——当绝对压强低于大气压强时，其大于大气压的数值称 为真空度。以液柱高度表示为：
通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空 气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要 的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计 算通风除尘与气力输送系统的基础。
本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识，主要是空气的物理性质及 运动规律。
㈣ 粘滞性 通常粘性系数与压力的关系不大。
粘性系数与温度的关系： 液体的粘性系数随温度的增加而下降；
气体的粘性系数随温度而增加。
必须指出： 在分析流体运动诸现象时运动粘性系数是非常重要的参数。但是 当比较各种不同流体的内摩擦力时，运动粘性系数却不能作为一项物 理特征。
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈠、流体
质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的 个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。
连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味 着质点的运动过程也是连续的
一、 流体及其空气的物理性质
㈧、理想气体状态方程
理想气体指一种假想的气体，它的质点是不占有容积的质点；分 子之间没有内聚力。
高等职业教育粮油工程技术专业课程
通风除尘与物料输送
主讲教师：陈 革 沈阳师范大学职业技术学院
第一章 流体力学基础
第一节 空气在管道中流动 的基本规律
第一节 空气在管道中流动的基本规律
工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些 规律应用到有关实际工程中去。涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船 舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等。
P F h A h
A
A
用水银柱（汞柱）高度表示： h=P/Υ=10000/13600=0.736[米水银柱]=736[毫米水柱] 用水柱高度表示： h=P/Υ=10000/1000=1000[毫米水柱]
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈥ 压强 第三种，用大气压表示。
㈣ 粘滞性
牛顿内摩擦定律： T A dv
dn
式中： μ——流体动力粘性系数[千克·秒/米2]； A——流体的接触面积[米2]；
dv dn
——流体在法线方向
的速度梯度。
通常把单位面积上所具有的摩擦力τ称为摩擦应力或切应力：
T dv
A dn
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
一、 流体及其空气的物理性质
㈤ 温度 温度是标志流体冷热程度的参数。
温度越高，分子热运动越强盛，分子热运动的平均速度则越大动能 也就越大。
衡量温度高低的标准尺子，称为温度标尺，简称温标。
目前国际上通用的温标主要有两种。
摄氏温标（t） 绝对温标（T）
T=273+t [K]
第一节 空气在管道中流动的基本规律
第一节 空气在管道中流动的基本规律
一、 流体及其空气的物理性质
㈡ 密度
流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号ρ表示。 在均质流体内引用平均密度的概念，用符号ρ表示：
M
V
对于非均质流体，则必需用点密度来描述。指当ΔV→0值的极限， 即：
lim M dM V 0 V dV
第一节 空气在管道中流动的基本规律