流体力学基础 第一节 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
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。
第一节：流体力学基本知识
静压力：作用在单位面积上的力（Ｎ／ｍ²） 特性： ａ：液体静压力总是垂直并指向作用面。 ｂ：液体内任一点的各个方向的液体静压力均相等。 （二）液体静力学基本方程式 液体静力学基本方程式是计算液体内任一点静压力的计算式。 p＝p。＋ρ gh 其中： p－液深为ｈ米处的静压力 Ｎ／ｍ² p。－作用在液面上的压力 Ｎ／ｍ² ｇ－重力加速度 ｍ／ｓ² ρ －液体的密度 ｋｇ／ｍ³ ｈ－液体的深度 ｍ 单位：帕斯卡（Ｐａ）：1N的力均匀分布在1ｍ²面积上形成的压力。 工程大气压： 1kg的力均匀分布在1cｍ²面积上形成的压力。 物理大气压（标准大气压）：在维度45°海平面上常年平均气压规定为物理 大气压，其值为760mm汞柱产生的压力。 锅炉上常用压力单位为MPa。工程上常把一工程大气压近似为0.098MPa
密度：单位体积的流体所具有的质量。ρ =m/V kg/m³ 压力一定时，流体的密度随温度的增加而减小；温度一定时，流体 的密度随压力的增加而增加 （三）流体的压缩性和膨胀性 压缩性：流体体积的大小随它所受力的变化而变化。作用在流体上 的力增加，流体的体积将缩小。用压缩系数表示。 膨胀性：流体的体积随温度的变化而变化，当温度升高时，则体积 膨胀。用膨胀系数表示。 液体的压缩性和膨胀性一般很小：不可压缩流体 （四）流体的粘滞性 流体的粘滞性：流体运动时，流体间产生内摩擦力的性质。内摩擦 力具有阻止运动的性质，是流体运动时产生能量损失的原因。 气体间的动力黏度，随温度的升高而升高；液体的动力黏度随温度 的升高而降低。 运动黏度：动力黏度与其密度的比值。
（二）局部阻力损失
流体流经管路附件时，出现突然扩大或收缩时，形成涡流，产生较强烈的撞击和 掺混，造成的能量损失称为局部阻力损失。显然它与形成局部阻力损失的附件形 状有关。 计算公式为：hj= ∫ c²/2g （m） 其中 hj——局部能头损失 ∫——局部阻力系数 c ——平均流速，m/s 如果在某一管路，有两种以上的局部阻力则总局部阻力系数等于各局部阻力系数 之和。流体流过某一管路时，其总阻力等于沿程阻力与局部阻力之和，即 h = hf + hj 五、压力管道中的水锤 液体在压力管道中流动时，由于阀门的突然关闭、开启或水泵突然停止而造 成管道中压力反复急剧的变化并迅速衰减的现象，称为水锤。 在管道上，由于阀门迅速关闭或水泵突然停止而引起水流速度减小、压力急 剧升高的现象，称为正水锤。正水锤产生的压力可达正常工作压力的几倍至几十 倍。水锤的破坏作用在下述的情况下容易发生：水泵的排出管爬升高度较大、管 道长、排水压力不大而管道强度不高的情况下，当遇到断电，泵突然停止时，容 易产生“水锤”现象。当泵突然停转时，大量的排水管道中的水，因受重力和压 力的作用而产生急剧的倒流现象，时泵的逆风阀瞬间关闭，因而在排出管道中产 生过高的压力，严重时就会导致管道爆裂。 管道上的阀门，由于迅速开大，流速急剧增大，使管道中的压力急剧下降而产生 的“水锤”称为“负水锤”也可以引起管路的振动，产生一定的不良影响。 为预防“水锤”的危害，保证设备安全运行，可采取以下措施：延长阀门的 开闭时间；尽可能缩短管道长度；在官道上设安全阀或空气室；避免断电事故的 发生。
流体流动知识点总结归纳
流体流动知识点总结归纳流体力学是研究流体流动规律的一门学科，其研究对象涉及液体和气体的流动，包括流体的性质、流体流动的运动规律、流体的控制以及流体力学在工程和科学领域的应用等方面。
在这篇文章中，我们将对流体流动的一些基本知识点进行总结归纳，以便读者对这一领域有一个清晰的了解。
一、流体的性质1. 流体的定义流体是指那些易于变形，并且没有固定形状的物质。
流体包括液体和气体两种状态，其共同特点是具有流动性。
2. 流体的密度和压力流体的密度是指流体单位体积的质量，常用符号ρ表示。
流体的压力是指单位面积上受到的力的大小，它与流体的密度和流体所在深度有关。
3. 流体的黏性流体的黏性是指流体内部分子之间的相互作用力，黏性越大，流体的内部抵抗力越大，流动越不容易。
黏性会对流体的流动性能产生影响，需要在实际工程中进行考虑。
二、流体流动的基本原理1. 流体的叠加原理流体的叠加原理是指当多个流体同时流动时，它们的速度矢量叠加，得到合成的速度矢量。
这个原理在实际工程中有很多应用，例如飞机的空气动力学设计和水流的流体力学研究等。
2. 流体的连续性方程流体的连续性方程是描述流体在运动过程中质量守恒的基本方程，它表明流体在流动过程中质量的变化等于流入流出的质量之差。
3. 流体的动量方程流体的动量方程描述了流体在运动过程中动量守恒的基本原理，它表明流体在受到外力作用后所产生的加速度与外力的大小和方向有关。
4. 流体的能量方程流体的能量方程描述了流体在运动过程中能量守恒的基本原理，它表明流体在流动过程中所受到的压力和速度的变化与能量的转化和损失相关。
三、流体的流动类型1. 定常流动和非定常流动定常流动是指流体在任意一点上的流速和流量随时间不变的流动状态，而非定常流动则是指流体在不同时间点上的流速和流量随时间有变化的流动状态。
2. 层流流动和湍流流动层流流动是指流体在管道内流动时，各层流体之间的相互滑动，流态变化连续，流线互不交叉。
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
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]
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）。
1流体力学基础
第二节 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。
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
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
雷 诺 实 验 与 雷 诺 数
在一端装有阀门的长玻璃 管中充满水，稍开启阀门 放水，并由小管注入有颜 色水流，则可见管内颜色 水成一稳定细流，这种流 型称为层流。当阀门开大， 水流速增加时，管中有色 线产生振荡波动．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。
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：
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。
四、流体静力学基本方程
其中，ｐ０——液面压强；ｐ——液体内 部某点的压强； ——容重；ｈ——深度。
它表示静止液体中，压强随深度按直线变化的规 律。任一点的压强由p0和ｈ两部分组成。压强 的大小与容器的形状无关。 .深度相同，压强相同。由于液面是水平面，所以 这些压强相同的点组成的面是水平面，即：水 平面是压强处处相同的面。所以，水平面是等 压面。两种不相混杂的液体的分界面也是水平 面，自由表面是水深为０的各点组成的等压面。 注意：该规律是同种液体处于静止、连续的条件 下推出，所以，只适用于静止、同种、连续的 液体。
3、沿程损失和局部损失
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）。
第一章 流体力学基础知识
第一章流体力学基础知识本章先介绍流体力学的基本任务，研究方向和流体力学及空气动力学的发展概述。
然后介绍流体介质，气动力系数，矢量积分知识。
最后引入控制体，流体微团及物质导数的概念。
为流体力学及飞行器空气动力学具体知识的学习做准备。
1.1流体力学的基本任务和研究方法1.1.1流体力学的基本任务流体力学是研究流体和物体之间相对运动（物体在流体中运动或者物体不动而流体流过物体）时流体运动的基本规律以及流体与物体之间的作用力。
而空气动力学则是一门研究运动空气的科学。
众所周知，空气动力学是和飞机的发生，发展联系在一起的。
在这个意义上，这门科学还要涉及到飞机的飞行性能，稳定性和操纵性能问题。
事实上，空气动力学研究的对象还不限于飞机。
空气相对物体的运动，可以在物体的外部进行，像空气流过飞机表面，导弹表面和螺旋浆等；也可以在物体的内部进行，像空气在风洞内部和进气道内部的流动。
在这些外部或内部流动中，尽管空气的具体运动和研究运动的目的有所不同，但它们都发生一些共同的流动现象和遵循一些共同的流动规律，例如质量守恒，牛顿第二定律，能量守恒和热力学第一定律，第二定律等。
研究空气动力学的基本任务，不仅是认识这些流动所发生现象的基本实质，要找出这些共同性的基本规律在空气动力学中的表达，并且研究如何应用这些规律能动地解决飞行器的空气动力学问题和与之相关的工程技术问题，并对流动的新情况、新进展加以预测。
1.1.2空气动力学的研究方法空气动力学研究是航空科学技术研究的重要组成部分，是飞行器研究的“先行官”。
其研究方法，如同物理学各个分支的研究方法一样，有实验研究、理论分析和数值计算三种方法。
这些不同的方法不是相互排斥，而是相互补充的。
通过这些方法以寻求最好的飞行器气动布局形式，确定整个飞行范围作用在飞行器的力和力矩，以得到其最终性能，并保证飞行器操纵的稳定性。
实验研究方法在空气动力学中有广泛的应用，其主要手段是依靠风洞、水洞、激波管以及测试设备进行模拟实验或飞行实验。
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
(新)第一章 流体力学(讲解教学课件)
mgz 1 mu 2 m p
2
J
1kg流体的总机械能为： zg u 2 p
2
J/kg
1N流体的总机械能为： z u 2 p J/N
2g g
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
压头：每牛顿的流体所具有的能量 静压头；
2、外加能量：1kg流体从输送机械所获得的机械能 。
符号：We；
单位：J/kg ；
和其深度有关。 （2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面
上各点的压力均相等。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• （2） 当液体上方的压力有变化时，液体内 部各点的压力也发生同样大小的变化。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
三、静力学基本方程的应用 （1）测量流体的压力或压差
① U管压差计 对指示液的要求：指示液要与被测流体 不互溶，不起化学作用；其密度应大于 被测流体的密度。
• 如：4×103Pa（真空度）、200KPa （表压）。
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
【例题1-1】 在兰州操作的苯乙烯精馏塔塔顶的真空度 为620mmHg。在天津操作时，若要求塔内维持相同 的绝对压力，真空表的读数应为多少？兰州地区的 大气压力为640mmHg,天津地区的大气压力为 760mmHg。
p1-p2=(指-)Rg
若被测流体是气体上式可简化为
p1-p2=指Rg
（新）第一章 流体力学（讲解教学课件）
• 通常采用的指示液有：着色水、油、四氯化碳、 水银等。
• U形管压差计在使用时，两端口与被测液体的 测压点相连接。
• U形管压差计所测压差，只与读数R、指示液 和被测液体的密度有关，而与U形管的粗细、 长短、形状无关，在此基础上又产生了斜管压 差计、双液柱微差计、倒U形管压差计等。
第一章(3)气体流动的基本方程
器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温度为:
T2
k p1 TS 1 k 1 p2 T1
TS
气源绝对温度，当TS=T1时有：
T2
k p1 1 k 1 p2
T1
由上式可知，不论充气压力p2多高，T2不会高过气源压力的1.4倍
充气结束，通过气罐壁散热，容器内温度下降至室温，其 内的气体压力也要下降，下降后的稳定值为：
二、气体在管道中的流动特性
由流体力学知识可知，对于不可压缩流体（如液压油）， 其速度的变化规律符合流量连续性方程或能量方程，断面增 加，流速减小，压力增大，但对于可压缩气体来说，流动情 况并非如此。当流速较低时，符合上述规律，当流速达到一 定值时，将会出现截然相反的变化规律，现分析如下：
对流量连续性方程和流管伯努利方程微分，并忽略高度 影响，最后整理得出面积与速度之间的关系式为：
dp a d
2
或
a
dp d
在截面1—1的左边，气体突然受到一个扰动，使那里的气 体压力突然升高了一个dp值，密度升高了dρ值，虽然这是一个 微小增量，但这个压力扰动马上会以声速向右边传播出去，使 压力p+ dp ，密度ρ + dρ的区域迅速向右扩ห้องสมุดไป่ตู้。好象1—1截面向 右运动，它所到之处，气体的压力、密度都要升高dp、 dρ值， 这样一个传播扰动的面称为波阵面，波阵面的传播速度即声速。
i 1
n
串联元件：
n 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 S R S1 S 2 S3 S n i 1 Si
二、不可压缩气体通过节流小孔的流量 当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压 缩性，将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联 立推导的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的表 达形式，即：
大学物理流体力学
例1：流体在半径为R的管内作定常流动，截面上的流速按
v v0 (1
设R=5cm,
r R)
v0
分布，r为截面上某点到轴线的距离。
1.2m s1 。求体积流量。
解：如图，取一半径为r，环宽为dr的圆环
面元ds，在则通过该面元的体积流量元为：
dQv vdS v0(1 r R) 2rdr
五.伯努利方程的应用 1.空吸作用
由连续性原理: Sv 常量
可见：S大则v小,S小则v大。 对于水平流管，伯努利方程变为：
P 1 v2 常量
2
可见：s小则P小，s大则P大。
应用：喷雾器，水流抽气机,家俱厂的喷漆机.
喷雾器
水流抽气机
1912年,有一只大的远洋轮船和一只小的巡洋舰 几乎平行地在海上航行.当它们之间的距离只有 100m多一点时,大船好象一块巨大的磁铁,小船在 强大的吸引力作用下,径直冲向大船,结果会怎样 大家是可以想象的,这特别大的吸引力是怎样产生 的呢?
即单位时间内流过流管中任一截面的流体 体积都相等.
2.讨论:
(1) 理想流体稳定流动时, v 1 s
(2) 单位时间内流过某截面的流体体积和流体 质量分别称为流体的体积流量和质量流量:
体积流量: QV vS
质量流量: Qm vS
（3）对于分支管道，连续性方程变为：
v1S1 v2S2 v3S3
故测得高度差h，即可求得流速.
应用：测飞机在空中相对空气的速度。
（P1 P2 )V
V
(
1 2
v22
gh2
)
(
1 2
v12
gh1 )
即:
P1
1 2
管道气流学知识点总结
管道气流学知识点总结管道气流学是流体力学的一个重要分支，研究流体在管道内的流动规律和相关问题。
它在化工、石油、机械、空调等工程领域有着广泛的应用，对于工程设计和安全运行具有重要意义。
管道气流学涉及的知识点非常广泛，包括流体力学基础、管道流动特性、压力损失、管道系统设计等内容。
本文将对这些知识点进行系统总结，以供相关领域的工程师和研究人员参考。
一、流体力学基础1. 流体的性质和基本方程流体是一种不能保持形状的物质，包括液体和气体。
在管道气流学中，主要研究气体在管道内的流动。
流体力学基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程，这些方程描述了流体在空间内的运动和变化规律。
通过这些方程可以推导出流速、压力、密度等流体参数的变化关系，为管道气流学的研究提供了理论基础。
2. 流体流动的类型流体的流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流指的是流体分层排列，流动呈现规则的分层运动状态；湍流是在流体流动中产生的涡流、旋涡和乱流等不规则流动状态。
在管道气流学中，不同类型的流动会产生不同的流场特性和流态现象，对管道中的能量损失、阻力和流动稳定性等产生重要影响。
3. 流动的速度分布和流线型态在管道气流中，由于管道的几何形状和壁面摩擦阻力等因素的影响，流体的速度会在管道内产生不均匀的分布。
流体的速度分布对于管道内的能量损失、流动阻力和流体流态的稳定性等都具有重要的影响。
同时，流线型态描述了流体在管道内的流动路径和形态，对于研究管道气流的流态特性和分析管道内的动态流动情况具有重要意义。
4. 黏性流体流动黏性流体是流体力学中常用的一种假设模型，它考虑了流体的内部黏性阻力对于流动的影响。
在管道气流学中，由于管道内的壁面摩擦阻力和黏性阻力的作用，流体的流动会呈现出不同于理想流体的性质。
对于黏性流体的流动特性和流态规律的研究，可以为理论分析和工程应用提供重要参考。
二、管道流动特性1. 管道流体的压力损失管道内流体的压力损失是研究管道气流学中的一个重要问题。
第一节 流体力学基础知识
精品文档
3.密度与容重的关系
GMgg
VV
4.密度和容重与压力、温度的关系
❖ 压力升高
流体的密度和容重增加；
❖ 温度升高
流体的密度和容重减小。
精品文档
（二）流体的粘滞性
精品文档
1. 流体粘滞性的概念
流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩
擦力（粘滞力）以反抗流体相对运动的性质。
精品文档
注意：自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。
3、流线与迹线 （1）流线：同一时刻连续流体质点的流动方向线。 （2）迹线：同一质点在连续时间内的流动轨迹线。
精品文档
精品文档
4、均匀流与非均匀流 （1）均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流 动。 （2）非均匀流：流体运动时，流线不是平行直线 的流动。
化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产 生剧烈的碰撞，所形成的阻力。
局部水头损失 ------为了克服局部阻力而消耗的单
-68KN/m2；68KN/m2
2、绝对压力为0.4个大气压，其真空度为（D ）。
A．0.4个大气压
B．0.6个大气压
C．—0.4个大气压
D．—0.6个大气压
精品文档
练习
3、油的密度为800kg/m3，油处于静止状态，油面与大气接触，
则油面下0.5m处的表压强为 kPDa。
（A）0.8 ；（B）0.5；（C）0.4；（D）3.9
精品文档
作业
• 水在粗细不均匀的水平管中作稳定流动。已知截面S1处 的压强为110Pa，流速为0.2m/s，截面S2处的压强为5Pa， 求S2处的流速（内摩擦不计）。
精品文档
(二)实际气体总流的能量方程式
流体力学基础知识
返回 上页 下页
流体力学基础知识
（2）相对压强 相对压强是以大气压强（p0）为零点计算的压强。
用符号p表示。 在实际工程中，因为被研究对象的表面均受大气压
强作用，因此不需考虑大气压强的作用，即常用相对 压强。 p gh
如果液体是自由表面，则自由表面压强：
p gh
返回 上页 下页
流体力学基础知识
对变化量 。
1 dV
V0 dT
流体压缩性的大小，一般用压缩系数β（Pa-1）
来表示。压缩系数是指单位压强所引起的体积相对
变化量。
1 dV
V0 dp
返回 上页 下页
流体力学基础知识
一般结论： 水的压缩性和热膨胀性是很小的，在建筑设备
工程中，一般计算均不考虑流体的压缩性和热膨胀 性。
气体的体积随压强和温度的变化是非常明显的 ，故称为可压缩流体。
参数不随时间而变化的流动。 非恒定流动是指流体中任一点压强和流速等参数
随时间而变化的流动。 自然界的流体流动都是非恒定流动，在一定条件
下工程上近似认为是恒定流。
返回 上页 下页
流体力学基础知识
3.压力流和无压流 压力流是流体在压差作用下流动时，流体各个
过流断面的整个周界都与固体壁相接触，没有自由 表面。
、f Z
FZ m
返回 上页 下页
流体力学基础知识
当流体所受质量力只有重力时，由G=mg可得 单位质量力为：
fX 0、fY 0、fZ -g
2、表面力 表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与
受力表面的面积成正比。 流体处于静止状态时，不存在黏性力引起的内
摩擦力(切向力为零)，表面力只有法向压力。对于 理想流体，无论是静止或处于运动状态，都不存在 内摩擦力，表面力只有法向压力。
流体力学基础 ppt课件
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将流体按照生产程序 从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任务， 实现生产的连续化。
压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生产状况。
为强化设备提供适宜的流动条件：为了降低传递阻力，减 小设备尺寸，材料生产中的传热、传质过程以及化学反应大 都是在流体流动下进行的。流体流动状态对这些操作有较大 影响。
➢静压头：
式中的第二项 p/ρg 称为静压头，又称为单位重量流体 的静压能。
29
静压头的意义：
，
ห้องสมุดไป่ตู้
如图所示：密闭容器，内盛 有液体，液面上方压力为p。
图 静压能的意义 说明Z1处的液体对于大气压力来说，具有上升一定高度的能力。
30
Z+ p 常数
g
位压头＋静压头＝常数
也可将上述方程各项均乘以g，可得
gZ p 常数
上式为单位质量流体的静力学基本方程式
31
3 流体静力学基本方程式的应用
一、压强测量
1 U型管液柱压差计 指示液密度 ρ0，被测流体密度
为ρ，图中 a、b两点的压力是相
等的，因为这两点都在同一种静 止液体（指示液）的同一水平面 上。通过这个关系，便可求出p1
－p2的值。
注：指示剂的选择
Ar1% (均为体积%)。试求干空气在压力为
9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。
18
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
1)求干空气的平均分子量：
Mm = M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
=32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
空气压力 克虏伯原理
空气压力克虏伯原理空气压力克虏伯原理，也被称为克虏伯定律或克虏伯方程，是描述流体在管道中流动时的基本原理。
根据克虏伯原理，流体在管道中的速度和压力之间存在着一种定量的关系，即当流体速度增加时，其压力必然降低，反之亦然。
这一原理是由德国物理学家达尼尔·伯努利在18世纪提出的，并以其学生埃米尔·克虏伯的名字命名。
我们来了解一下空气压力的概念。
空气是由分子组成的物质，分子之间通过碰撞产生压力。
压力是指单位面积上的力的大小，通常用帕斯卡（Pa）来表示。
在大气压力下，空气的压力约为101325Pa。
克虏伯原理的应用非常广泛，下面我们将介绍一些典型的应用场景。
1. 飞机的升力原理：根据克虏伯原理，当飞机的翼面上方的风速大于下方时，产生了一个向上的压力差，从而形成升力，使飞机能够飞行。
这就是飞机的升力原理，也是克虏伯原理在航空领域的应用之一。
2. 空气压缩机：空气压缩机利用克虏伯原理将空气压缩到更高的压力。
通过增加空气的速度，即提高了空气的动能，从而降低了空气的静压力，实现了空气的压缩。
3. 喷气式发动机：喷气式发动机利用克虏伯原理将空气加速，并与燃料混合后燃烧，产生高温高压的气体，从而推动飞机前进。
喷气式发动机的工作原理就是基于克虏伯原理，利用空气的压力和速度的关系来产生推力。
4. 涡轮增压器：涡轮增压器是一种利用废气能量来增加发动机进气压力的装置。
涡轮增压器利用克虏伯原理，通过废气的能量来驱动涡轮转动，从而增加进气压力，提高发动机的效率。
除了上述应用，克虏伯原理在流体力学、气象学、液压学等领域都有广泛的应用。
例如，在水力发电站中，通过利用水流的压力差来驱动涡轮发电；在气象学中，克虏伯原理被用来解释风的形成和演变规律。
总结一下，空气压力克虏伯原理是描述流体在管道中流动时的基本原理，根据该原理，流体的速度和压力存在一种定量的关系。
这一原理在航空、能源、气象等领域都有重要的应用，通过充分利用克虏伯原理，可以实现一系列的工程和科学应用。
空气的性质和流动规律
可压缩空气：重度数值变化，具有可压缩性和膨胀性
不可压缩空气：重度数值不变化，属于不可压缩空气，
具有液体一样的性质。
On the evening of July 24, 2021
2
0
2
1
/
7
/ 2
§1 空气的性质
6
截 面 积 A2 空气密度 2
2
0
Courseware template
2
1
/
7
/ 2
§2 空气管流的速度和风量
6
2.从1-1断面流进的空气质量流量M1：
M1=Q1ρ1= A1V1ρ1
从2-2断面流出的空气质量流量M2：
M2=Q2ρ2= A2V2ρ2
On the evening of July 24, 2021
2
0
2
1
/
7
/ 2
§1 空气的性质
6
Courseware template
其他常用的压强单位及单位换算关系： l 1兆帕（mPa）=106Pa l 1千帕（KPa）=1000 Pa l 1巴（bar）=105 Pa l 1托（Tor）=1 mmHg=133.322 Pa
On the evening of July 24, 2021
a.体积流量（Q ）：m3/s b.质量流量（M ）：kg/s
On the evening of July 24, 2021
2
0
Courseware template
2
1
/
7
/ 2
§2 空气管流的速度和风量
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
（二）密度流体第一个特性是具有质量。
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：式中：M——流体的质量[千克]；V——流体的体积[米3]；ρ——千克/米3。
但对于非均质流体，则必需用点密度来描述。
所谓点密度是指当ΔV→0值的极限，即：公式中，ΔV→0理解为体积缩小为一点，此点的体积可以忽略不计，同时，又必须明确，这点和分子尺寸相比必然是相当大的，它必定包括多个分子，而不至丧失流体的连续性。
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。
（三）重度流体的第二个特性是具有重量，这是第一个特性的结果。
重度是流体单位体积内所具有的流体重量，即：式中：G——流体的重量[牛顿]；V——流体的体积[米3]；Υ——流体的重度[牛顿/米3]。
对于液体而言，重度随温度改变，而气体而言，气体的重度取决于温度和压强的改变。
显然，密度与重度存在如下关系，G=M·g，等式两边除以V得：即：Υ=ρg式中：g——重力加速度，通常取9.81[米/秒2]（四）粘滞性当我们把油和水倒在同一斜度的平面上，发现水的流动速度比油要快的多，这是因为油的粘滞性大于水的粘滞性。
又如我们观察河流，可以明显地看到，越靠近河岸流速越小，越接近河心流速越高。
这表明河岸对流体有约束作用，流体内部也有相互约束的作用力。
这种性质就是流体的粘滞性。
我们可以通过下面的试验来证明流体粘滞性的存在。
假设有两块平行的木板，其间充满流体，如图，让下面一块平板固定而下面一块平板以等速V运动，我们将会看到板间流体很快就处于流动状态，且靠近上面平板的流体流速较大，而向下流速则较减小，其流速由上至下速度变化为从V到零。
当中任一层流体的速度随法线方向呈线性改变。
要使上面平板以等速运动，需在其上加一个力，使它大小恰好克服流体由于粘滞性而产生的内摩擦力T，流体层间内摩擦力是成对出现的，其方向据实际分析而定。
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，故：式中：μ——流体动力粘性系数]；A——流体的接触面积；——流体在法线方向（垂直于木板）的速度梯度。
上式称作牛顿内摩擦定律。
而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：式中：τ——摩擦应力或切应力。
上式表明切应力的大小取决于速度梯度，也可以理解为取决于变形角速度的大小。
如图所示，设流体作直线运动，在某时刻t取一个正方形成一斜方形流体基元平面，令上层流速，经过d t时间即为角变形速度，在短暂时间内，则：另外，从公式中还可以看出，切应力的大小也取决于粘性系数。
而动力粘性系数μ又随不同流体及温度和压力而变化。
通常粘性系数与压力的关系不大，如每增加1千克/厘米2时，液体的粘性系数平均只增加1/500→1/300，因此在多数情况下可以忽略压力对液体粘性系数的影响。
对于气体，由分子运动论得知：μ=（0.31~0.49）ρv L式中：ρ——气体密度；V—气体分子运动速度；L—分子平均自由行程。
由于分子运动的速度V与压力P无关，在等温条件下，P与ρ成正比与L成反比，故压力变化时μ仍可保持不变。
至于粘性系数与温度的关系已被大量的实验所证明。
即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。
这种截然相反的结果可用液体的微观结构去阐明。
流体间摩擦的原因是分子间的内聚力、分子和壁面的附着力及分子不规则的热运动而引起的动量交换，使部分机械能变为热能。
这几种原因对液体与气体的影响是不同的。
因为液体分子间距增大，内聚力显著下降。
而液体分子动量交换的增加又不足以补偿，故其粘性系数下降。
对于气体则恰恰相反，其分子热运动对粘滞性的影响居主导地位，当温度增加时，分子热运动更为频繁，故气体粘性系数随温度而增加。
另外，在我们研究流体运动规律的时候，ρ和μ经常是以μ/ρ的形式相伴出现，这是为了实用方便，就把μ/ρ叫做运动粘性系数，用符号υ表示。
υ=μ/ρ[米2/秒]必须指出：在分析流体流过固体的时候，或管中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。
我们只要比较一下水与空气的粘性系数即可明白这一点。
水比空气粘性大，动力粘性系数水的比空气的大100倍，但是空气的运动粘性系数却比水的大10倍以上，所以不能以运动粘性系数来说明水比空气粘性大，这是因为空气的密度比水小几百倍的缘故。
（五）温度温度是标志流体冷热程度的参数。
就气体而言，温度和气体分子平移运动的平均动能有关。
在分子热运动中，各个分子平移运动速度的方向和大小各不相同，而且在不断地变化着。
任一瞬间，有些分子运动速度较大，也有些分子运动速度较小，就大量分子的总体而言，则具有中等大小的速度，可以用一个平均速度来表示大量分子热运动的状况。
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。
流体的温度用测量温度的仪表测定。
为了标志温度的高低和保证温度测量的准确一致，就要规定一个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）——摄氏温标规定：在1标准大气压下，纯水开始结冰时的温度（冰点）定为00C，纯水沸腾时的温度（沸点）定为1000C。
在00C与此同时1000C之间划为100等分。
每一等分就是摄氏温度的10C。
绝对温标（T）——在绝对温标中，把-273.150C作为零点，由此而测量出的温度就是绝对温度。
用绝对温标表示温度时，在度数的右边加上字母“K”。
绝对温标的每1K与摄氏温标每10C在数值上完全相等，1标准大气压下，纯水的冰点为273.15K（工程上取273K已足够准确），沸点为373.15K。
摄氏温度和绝对温度之间的换算关系为：T=273+t [K]（六）压强气体或液体分子总是永远不停地作无规则的热运动。
在管道中这种无规则的热运动，使管道中的分子间不断地相互碰撞，这就形成了对管道的撞击力。
虽然每个分子对管道壁的碰撞是不连续的，致使撞击力也是不连续的，但是由于管道中有大量的分子，它们不停且非常密集地碰撞管壁，因此，从宏观上就产生了一个持续的有一定大小的压力。
正如雨点落到伞面上，虽然每个雨点对伞面的作用力并不是连续的，但是，大量密集的雨点落到伞面上，就能感觉到雨点对伞面形成了一个持续的压力。
对管壁而言，作用在管壁上压力的大小取决于单位时间内受到分子撞击的次数以及每次撞击力量的大小。
单位时间撞击次数越多，每次撞击的力量越大，作用于管壁的压力也越大。
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：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。
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。
在工程流体力学中，常以千克为力的单位,平方米作为面积的单位，于是压强的单位为[千克/米2]，有时也用[千克/厘米2]作为压强的单位。
在国际单位制中压强单位采用[帕]=牛顿/米2。
其换算关系为：1帕=1/9.81[千克/米2]第二种，用液柱高度表示。
在测定管道中流体的压强时，常采用里面装有水或水银的U型压力计为测量仪器，以液柱高度表示压强的大小。
设液柱作用于管底的压力为液柱的重量，其大小为：F= Υ·h·A式中：Υ——液体重度；h——液柱高度；A——受力面积。
压强为：例如，水的重度为100[千克/米3]，水银的重度为13600[千克/米3]，试将P=1[千克/厘米3]换算成相应的液柱高度。
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]第三种，用大气压表示。
国际上，把海拔为零，空气温度为0°C，纬度为45°时测得的大气压强为1个物理大气压，它等于10336[千克/米2]。
工程上为简化起见，在不影响计算精度的前提下，取一个工程大气压为10000[千克/米2]。
工程中需要规定某一状态的空气为标准空气。
在我国把一个工程大气压，温度为200C 的空气状态规定为标准状态。
国际上把一个物理大气压，温度为00C的状态规定为标准状态。
标准状态下的空气称为标准空气。
标准空气的密度为ρ=1.2千克/米3表示压强的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]为了满足工程上的需要，压强可按以下三种方法进行计算（如图所示）。