流动现象综合演示实验 PPT
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《非牛顿流体的流动》课件
实验演示
演示剪切稀化流体的流变学特性，揭示其奇特行为。
应用
工业应用
非牛顿流体在润滑剂、涂料、胶粘剂等工业领域有 广泛应用。
生活中的应用
某些食品、护肤品和医疗药剂中也使用了非牛顿流 体。
实验演示
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
塑性流体流动实验
演示塑性流体的流动行为，了解其特性和流变学参数。
2
粘弹性流体流动实验
通过实验展示粘弹性流体的弹性回复和粘性瞬时流动。
《非牛顿流体的流动》 PPT课件
非牛顿流体是指其粘度随着应力变化而发生非线性变化的流体。本课件将介 绍非牛顿流体的特点、分类、流动行为、应用以及实验演示。
什么是非牛顿流体
非牛顿流体是指其粘度与应力不是线性关系的流体。它们可以根据其流变学 性质进一步分类为塑性流体、粘弹性流体和剪切稀化流体。
非牛顿流体的特点
变形率依赖性
非牛顿流体的粘度取决于应变速率。
时间依赖性
非牛顿流体的粘度可以随时间变化。
剪切薄弱性
非牛顿流体在高剪切速率下可能表现出稀化现象。
塑性流体
具有固体特性
塑性流体具有一定的流动阈值，需要足够的剪切力 才能使其流动。
实验演示
展示塑性流体的流动实验，探索其特性。
粘弹性流体
粘弹性流体具有介于固体与液体之间的特性。其流动行为可能包括弹性回复和粘性瞬时流动。
粘弹性流体的流动行为
1
剪切应力与剪切速率关系
粘弹性流体的流动特性与剪切速率相关，可能表现出剪切应力随剪切速率增加而 增加的非线性关系。
2
流变学模型
通过建立流变学模型来描述粘弹性流体的流动行为。
3
实验演示
演示粘弹性流体的流动行为，以帮助理解其复杂性。
第二章流体流动PPT精品文档46页
叶轮的类型
蔽式叶轮：适用于输送清洁液体
敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含 有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。
按吸液方式：单吸式、双吸式。
后盖板 平衡孔
单吸(a式)
双吸式
单吸式与双吸式叶轮
单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。
双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。
（4 ）轴封装置 ----减少泵内高压液体外流，或防止空
（2）泵理论压头与叶片弯曲方向的关系
叶片形式：径向，前弯，后弯
径向叶片： 2 90
后弯叶片： 2 90
H
与
Q
无关
H与Q降低
前弯叶片： 2 90
H与Q增加
w2
c2
w2
c2
w2
c2
α2 u2
α2 u2
α2 u2
(a)
(b)
(c)
叶片弯曲方向及其速度三角形
c
前弯叶片：压力头小于动
H∞
β 2 ＞90
压头，冲击损失大。
Hc2u gu2
c2u2cos2
g
—— 离心泵基本方程
3.离心泵基本方程的讨论
H f (泵结构，流)量
（1） 离心泵理论流量Q对理论压头H∞的影响
Q 2r 2 b 2 c 2 s in 2 2r 2 b 2 c 2 r
H u2g c2uu2(u2cg 2rctg2)
H 1 g u 2 22 Q r2 b 22c ut2 g 1 g r222 Q b 2ct2 g
气侵入泵内
填料密封
填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维 和膨胀石墨等，填料不能压得过紧，也不能压得过
松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。
蔽式叶轮：适用于输送清洁液体
敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含 有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。
按吸液方式：单吸式、双吸式。
后盖板 平衡孔
单吸(a式)
双吸式
单吸式与双吸式叶轮
单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。
双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。
（4 ）轴封装置 ----减少泵内高压液体外流，或防止空
（2）泵理论压头与叶片弯曲方向的关系
叶片形式：径向，前弯，后弯
径向叶片： 2 90
后弯叶片： 2 90
H
与
Q
无关
H与Q降低
前弯叶片： 2 90
H与Q增加
w2
c2
w2
c2
w2
c2
α2 u2
α2 u2
α2 u2
(a)
(b)
(c)
叶片弯曲方向及其速度三角形
c
前弯叶片：压力头小于动
H∞
β 2 ＞90
压头，冲击损失大。
Hc2u gu2
c2u2cos2
g
—— 离心泵基本方程
3.离心泵基本方程的讨论
H f (泵结构，流)量
（1） 离心泵理论流量Q对理论压头H∞的影响
Q 2r 2 b 2 c 2 s in 2 2r 2 b 2 c 2 r
H u2g c2uu2(u2cg 2rctg2)
H 1 g u 2 22 Q r2 b 22c ut2 g 1 g r222 Q b 2ct2 g
气侵入泵内
填料密封
填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维 和膨胀石墨等，填料不能压得过紧，也不能压得过
松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。
《流体流动》PPT课件
解：取高位槽液面为1-1截面，
虹吸管出口内侧截面为2-2截面，
1
并以2-2为基准面。列柏氏方程得：
gz1+u12/2+p1/ρ+we= gz2+u22/2+p2/ ρ +hf 2
上式说明：
＊当ρ0 、ρ一定时，ΔP 仅与 R 有关。 ＊若两测压点不在同一水平面上，则R（ρ0 –ρ）g不是
真正的压强差，而是两被测截面上的虚拟压强差。
③ U型压差计适用范围
●斜管微压计、复式U型压差计等 2、液面测量 3、确定液封高度
作业：
第三节 管内流体流动基本方程
流体流动的规律主要是指流体的流速、压强等 运动参数在流体流动过程中的变化规律。
gz1+ u12/2 + p1/ρ > gz2+ u22/2 + p2/ρ
将（U2 - U1 ）用Σh f表示
∴gz1+u12/2 +p1/ρ= gz2+ u22/2 + p2/ρ+Σh f
(A)
gz1+u12/2+p1/ρ+We=gz2+u22/2+p2/ρ+Σh f
(B)
以上(A) (B)两式均称为机械能衡算式。
4、定态流动与非定态流动
定态流动是指点的速度ux、uy、uz及压强p均为与时 间无关的常数。
即：
定态流动 u = f（x、y、z）
非定态流动 u = f （x、y、z、τ）
u = f（x、y、z、τ）
u = f （x、y、z）
5、运动的描述方法
①拉格朗日法： 描述同一质点在不同时刻的状态。 （物理学中考察单个固体质点时用）
流体流动PPT课件
P1-P2=（a- b）Rg
2021/4/8
15
倾斜液柱压差计
R1
R= R1 sin
2021/4/8
16
(2) 液位的测定
液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律, 是静力学基本方程的一种应用。
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。
当R＝0时，容器内的液面高度将
dudy
2021/4/8
26
一、测速管：又称皮托（Pitot）管
1、测速管的结构和原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的
是管口所在位置的局部流体动压头与静压头之和
，称为冲压头 。
hA
u2 2g
pA
g
B点测得为静压头
hB
pB
g
冲压头与静压头之差
u
p
A•
2021/4/8
hAhB
pApB
g
u2 2g
200＜0Re＜400时0可， 能是滞流，也可能是湍流，与外 界条件有关。——过渡区
2021/4/8
25
圆管内滞流与湍流的比较
本质区别 速度分布 平均速度 剪应力
滞流 分层流动
u
um
ax1
r2 R2
um
1 2
umax
du dy
湍流 质点的脉动
1
uumax1Rr n(n7)
um0 .8u 2 m(an x 7)
第一章
流体流动
2021/4/8
1
概述
一．连续介质模型
把流体视为由无数个流体微团（或流体
质点）所组成，这些流体微团紧密接触，
u
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
2021/4/8
15
倾斜液柱压差计
R1
R= R1 sin
2021/4/8
16
(2) 液位的测定
液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律, 是静力学基本方程的一种应用。
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。
当R＝0时，容器内的液面高度将
dudy
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26
一、测速管：又称皮托（Pitot）管
1、测速管的结构和原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的
是管口所在位置的局部流体动压头与静压头之和
，称为冲压头 。
hA
u2 2g
pA
g
B点测得为静压头
hB
pB
g
冲压头与静压头之差
u
p
A•
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hAhB
pApB
g
u2 2g
200＜0Re＜400时0可， 能是滞流，也可能是湍流，与外 界条件有关。——过渡区
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圆管内滞流与湍流的比较
本质区别 速度分布 平均速度 剪应力
滞流 分层流动
u
um
ax1
r2 R2
um
1 2
umax
du dy
湍流 质点的脉动
1
uumax1Rr n(n7)
um0 .8u 2 m(an x 7)
第一章
流体流动
2021/4/8
1
概述
一．连续介质模型
把流体视为由无数个流体微团（或流体
质点）所组成，这些流体微团紧密接触，
u
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
液体的流动PPT课件
40
41
雷诺数 — 一个判断流体做层流还是湍
流的判据.
Re vr
其中： 流体的密度
r -流管的半径
-流体的平均流速 流体的黏度
Re-雷诺数（无单位）
血液在血管中流动,雷诺数的临界范围：
0 < Re < 1000 层流
1000 < Re < 2000 过渡流
Re > 2000 湍流
42
（3）速度梯度
p 1 v2 constant
2
23
(1)流速计 汾丘里（Venturi）流量计的设计原理： 先用两个插在主管道中的竖直细管来 测量不同截面处的压强差,然后计算出流速 或流量.
24
Example: Venturi meter
h
S2
S1
Based on continuity equation
This is a horizontal pipe
21
适用条件：
（1）理想流体 （2）定常流动 （3）同一流线
22
. The applications of Bernoulli’s equation(应用)
伯 努
p 1 v2 gh constant
2
利 方 程
1. 不均匀水平管中压强与流速的关系
及 其
应
h1 = h2
P1 v1
用
P2 v2
49
一、 泊肃叶定律
1842年法国医学家泊肃叶得出结果： 实际流体在圆管中作定常流动时,流量为
Q R4 p1 p2
8L
其中：
Q— 流量（m3/s）
R— 圆管半径（m）
L— 圆管长度（m）
p1 p2 — 圆管两端压强差（Pa）
41
雷诺数 — 一个判断流体做层流还是湍
流的判据.
Re vr
其中： 流体的密度
r -流管的半径
-流体的平均流速 流体的黏度
Re-雷诺数（无单位）
血液在血管中流动,雷诺数的临界范围：
0 < Re < 1000 层流
1000 < Re < 2000 过渡流
Re > 2000 湍流
42
（3）速度梯度
p 1 v2 constant
2
23
(1)流速计 汾丘里（Venturi）流量计的设计原理： 先用两个插在主管道中的竖直细管来 测量不同截面处的压强差,然后计算出流速 或流量.
24
Example: Venturi meter
h
S2
S1
Based on continuity equation
This is a horizontal pipe
21
适用条件：
（1）理想流体 （2）定常流动 （3）同一流线
22
. The applications of Bernoulli’s equation(应用)
伯 努
p 1 v2 gh constant
2
利 方 程
1. 不均匀水平管中压强与流速的关系
及 其
应
h1 = h2
P1 v1
用
P2 v2
49
一、 泊肃叶定律
1842年法国医学家泊肃叶得出结果： 实际流体在圆管中作定常流动时,流量为
Q R4 p1 p2
8L
其中：
Q— 流量（m3/s）
R— 圆管半径（m）
L— 圆管长度（m）
p1 p2 — 圆管两端压强差（Pa）
流体的运动共49张PPT
流体特性
流体具有易流动性、无固定形状、抗 压性、表面张力等特性。其中，易流 动性是流体最显著的特点，使其能够 适应容器的形状并传递压力。
流动类型及特点
01 02
层流
层流是指流体在流动过程中，各质点沿着一定的轨迹做有规则的平滑运 动。层流具有流速分布均匀、流线平行且连续、质点间无相互混杂等特 点。
湍流
Pa）。
压强
流体中某点的压力与该点处流体密 度的比值，用符号$rho$表示，单 位是千克每立方米（kg/m³）。
压力与压强的关系
$p = rho gh$，其中$g$是重力加 速度，$h$是该点距流体自由表面 的垂直距离。
浮力原理及应用
01
02
03
04
浮力
浸在流体中的物体受到流体竖 直向上的托力，其大小等于物
流线、流管、流量等，以及连续 性方程、伯努利方程等重要原理
。
黏性流体的运动
分析了黏性对流体运动的影响， 包括层流和湍流的形成机制、雷 诺数等概念。
流体的基本性质和分类
介绍了流体的定义、特性以及不 同类型的流体，如牛顿流体和非 牛顿流体。
流体机械能转换
介绍了流体机械能转换的基本原 理，如泵、风机、涡轮机等设备 的工作原理和性能参数。
人工明渠
人工开挖或建造，具有规 则的几何形状，水流条件 相对简单。
涵洞和隧洞
水流在封闭空间内流动， 受边界条件限制，流速分 布和能量损失有特定规律 。
明渠均匀流和非均匀流现象
均匀流
流速沿程不变，水面线呈 水平或倾斜直线，常见于 长直渠道或水槽实验。
非均匀流
流速沿程变化，水面线呈 曲线，分为渐变流和急变 流，常见于天然河道和复 杂渠道。
前沿研究领域介绍
流体具有易流动性、无固定形状、抗 压性、表面张力等特性。其中，易流 动性是流体最显著的特点，使其能够 适应容器的形状并传递压力。
流动类型及特点
01 02
层流
层流是指流体在流动过程中，各质点沿着一定的轨迹做有规则的平滑运 动。层流具有流速分布均匀、流线平行且连续、质点间无相互混杂等特 点。
湍流
Pa）。
压强
流体中某点的压力与该点处流体密 度的比值，用符号$rho$表示，单 位是千克每立方米（kg/m³）。
压力与压强的关系
$p = rho gh$，其中$g$是重力加 速度，$h$是该点距流体自由表面 的垂直距离。
浮力原理及应用
01
02
03
04
浮力
浸在流体中的物体受到流体竖 直向上的托力，其大小等于物
流线、流管、流量等，以及连续 性方程、伯努利方程等重要原理
。
黏性流体的运动
分析了黏性对流体运动的影响， 包括层流和湍流的形成机制、雷 诺数等概念。
流体的基本性质和分类
介绍了流体的定义、特性以及不 同类型的流体，如牛顿流体和非 牛顿流体。
流体机械能转换
介绍了流体机械能转换的基本原 理，如泵、风机、涡轮机等设备 的工作原理和性能参数。
人工明渠
人工开挖或建造，具有规 则的几何形状，水流条件 相对简单。
涵洞和隧洞
水流在封闭空间内流动， 受边界条件限制，流速分 布和能量损失有特定规律 。
明渠均匀流和非均匀流现象
均匀流
流速沿程不变，水面线呈 水平或倾斜直线，常见于 长直渠道或水槽实验。
非均匀流
流速沿程变化，水面线呈 曲线，分为渐变流和急变 流，常见于天然河道和复 杂渠道。
前沿研究领域介绍
流体流动PPT课件
③流体温度不变，U1=U2 ； ④流体克服流动阻力损失的机械能为wf 。
p1
gz1
1 2
u12
we
p2
gz2
1 2
u22
w
f
阻力损失
（1-15）
令
he
we g
及hf
wf g
则：
压头损失
p1
g
z1
u12 2g
he
p2
g
z2
u22 2g
h f
（1-16）
以上两式为实际不可压缩流体稳定流动的机械能衡算式 对于可压缩流体由于密度不为常数，所以不可用。
注：若在输送过程中压力改变不大，气体也可按不可压 缩流体来处理。
理想气体的密度：标准状态（1atm，0 ℃ ）下 每kmol气体的体积为22.4 m3，则其密度为
理想气体标准状下 的密度，kg/ m3
气体的千摩尔质量
0
M 22.4
kg/kmol
理想气体T，p下的 密度，kg/ m30pp0p2
gz2
u22
2
p f
pa
全风压
压力降（阻力损失）
注：柏努利方程是针对理想流体而又无外功加入时的以 单位质量流体为衡算基准的机械能衡算式，实际流体的以单 位质量为衡算基准的机械能衡算式我们称为实际流体的柏努 利方程。
⑤ 对可压缩流体（如气体）
对可压缩流体，其ρ是随压力的变化而变化的，在流体 输送过程中，p是变化的，因此ρ也是变化的，但是对于短 距离输送，可把ρ看作常数，或者当
例：真空蒸发操作中产生的水蒸气 往往送入混合冷凝器中与冷水直接 接触而冷凝,为维持操作的真空度, 冷凝器上方与真空泵相接,不时将 器内的不凝性气体抽走。同时,为 了防止外界空气由气压管漏入致使 设备内的真空度降低，因此,气压 管必须插入液封槽中，水即在管内 上升一定的高度h,这种措施即为液 封。若真空表的读数为80ka,试求 气压管中水上升的高度h。
液体的流动规律与表面现象 ppt课件
收缩压 115 （男） 舒张压 73 （男） 收缩压 110 （女） 舒张压 70 （女）
ppt课件
32
高血压六大危险信号
剧烈，同时又恶心作呕，就可能是向恶性高血压转化的信号。
头疼：部位多在后脑，并伴有恶心、呕吐感。若经常感到头痛，而且很
眩晕：女性患者出现较多，可能会在突然蹲下或起立时发作。
耳鸣：双耳耳鸣，持续时间较长。
液体的黏滞性
ppt课件 4
一、 理想液体 不可压缩又无黏滞性的液体。
理想液体是不存在的，它是实际液体的近似，为 了研究问题的方便，它代表实际液体的一种理想化模 型。水和酒精都可以看作理想液体。
二、稳流
一般情况： • • • • 同一时刻： 空间各点流速不同； 同一地点： 不同时刻流速也不相同。
ppt课件 5
πR 4 P Q 8ηL
P 8ηL Q 令 Rf 则 4 称为流阻， πR Rf 常用上式分析心输出量、血压和外周阻力之间的关系。
泊肃叶 (17991869) 法国生理学 家.
高血压的治疗：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以 血压升高。可以服用扩张血管的药物，减小流阻，在Ｑ 不变的情况下，血压降低。 ppt课件
舒张压：当心脏舒张时，动脉管壁弹性回缩，此时动脉 管壁所受到的压力的最低值称为舒张压（也叫低压）。 脉压：收缩压与舒张压之差称为脉压（脉压=收缩压-舒张压） 通常我们测血压右侧与左侧的血压不一样，最高可相差 10毫米汞柱，最低相差不到5毫米汞柱。
ppt课件 27
ห้องสมุดไป่ตู้
（一）正常血压
收缩压：90~140mmHg（12.0~18.6kPa） 舒张压：60~90mmHg(8.0~12.0kPa)
20
《流体力学实验》PPT课件
以无粘性不可压缩势流理论为基础，阐明了机翼升力产生的机理。机翼理 论的正确性，使人们重新认识到了无粘流体理论对指导工程设计的重大意义。
20时40年代开始，航天飞行--气体动力学
随着喷气式发动机和火箭技术的应用，满足超音速飞行的需要。
爆炸波理论，爆炸力学
研究原子弹、炸药爆炸后激波在空气或水中的传播等的需要。
对自然界固有的流动现象或工程全尺寸实物，利用各种仪器进行系统观测， 总结出流体运动规律，预测流动现象的演变。（气象观测、预报） 问题：对现场的流动现象不能控制，发生条件不可能完全重复出现；花费 大量的人力、物力、财力。
2. 实验室模拟
根据数学、物理和流体力学基本理论的指导以及实验室条件，改变研究对 象的尺度建立模型，根据模型实验结果依据相似理论推算出原型的数据。 现场观测是对已有事物已有工程的观测，实验室模拟则可以对还没有出现 的事物及现象进行观察、预测，是一种研究流体力学问题的重要方法。
3. 理论分析
根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒及能量守恒等，利用数学 分析、物理学和基础力学等手段，观测和研究流体的运动规律，解释已知现 象、预测可能发生的现象。
17
理论分析步骤 1）建立力学模型
针对实际的流体力学问题，分析主要矛盾，对问题进行适当简化，使得建 立的力学模型能够反映问题的本质。
2）建立连续性方程、动量方程和能量方程
针对流体运动特点，应用质量、动量、能量守恒定律得到方程组，此外还 要加上某些联系流动参量的关系式或其它方程。
3）求解方程组
结合具体流动，回归解的物理意义，解释流动机理。通常还需将求解结果 与实验结果进行比较，确定解的准确程度及所建力学模型的适用范围。 从基本概念到基本方程的一系列定量研究均涉及到很深的数学问题，因此 流体力学的发展是以数学的发展为前提。对于进行流体力学研究的人来说， 数学基础十分重要!
20时40年代开始，航天飞行--气体动力学
随着喷气式发动机和火箭技术的应用，满足超音速飞行的需要。
爆炸波理论，爆炸力学
研究原子弹、炸药爆炸后激波在空气或水中的传播等的需要。
对自然界固有的流动现象或工程全尺寸实物，利用各种仪器进行系统观测， 总结出流体运动规律，预测流动现象的演变。（气象观测、预报） 问题：对现场的流动现象不能控制，发生条件不可能完全重复出现；花费 大量的人力、物力、财力。
2. 实验室模拟
根据数学、物理和流体力学基本理论的指导以及实验室条件，改变研究对 象的尺度建立模型，根据模型实验结果依据相似理论推算出原型的数据。 现场观测是对已有事物已有工程的观测，实验室模拟则可以对还没有出现 的事物及现象进行观察、预测，是一种研究流体力学问题的重要方法。
3. 理论分析
根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒及能量守恒等，利用数学 分析、物理学和基础力学等手段，观测和研究流体的运动规律，解释已知现 象、预测可能发生的现象。
17
理论分析步骤 1）建立力学模型
针对实际的流体力学问题，分析主要矛盾，对问题进行适当简化，使得建 立的力学模型能够反映问题的本质。
2）建立连续性方程、动量方程和能量方程
针对流体运动特点，应用质量、动量、能量守恒定律得到方程组，此外还 要加上某些联系流动参量的关系式或其它方程。
3）求解方程组
结合具体流动，回归解的物理意义，解释流动机理。通常还需将求解结果 与实验结果进行比较，确定解的准确程度及所建力学模型的适用范围。 从基本概念到基本方程的一系列定量研究均涉及到很深的数学问题，因此 流体力学的发展是以数学的发展为前提。对于进行流体力学研究的人来说， 数学基础十分重要!
一章流体流动ppt课件
[例1-3]：已知苯与甲苯混合液中苯的质量分数为0.6.试求混合 液在20℃下的密度。
解：从附录四查的20℃下苯的密度为879kg/m2，甲苯的密度 为867kg/m3
1 0.60.4
m 879 867 求得混合液的密度为：m874kg/m3
20
三、 流体静力学基本方程
(一)相对静止状态流体受力情况
两扩张室中液面不致有明显的变化。
按静力学基本方程式可推出:
P1－P2＝Δ P＝Rg（ρ a－ρ b） 式中ρa、 ρb——分别表示重、轻两种指示液
的密度，kg/m3。
对于一定的压差，（ρa－ρb）愈小则读数R
愈大，所以应该使用两种密度接近的指示液。
30
[例1-4]用普通U型管压差计测量气体管路上两点 压差，指示液为水，读数R为1.2cm，为扩大读数
（z4－z2）－ρg（z7－z6） 则蒸汽的表压为
p－pa=ρ0g（z0－z1+ z4－z5）－ρg（z4－
z2+z7－z6） =13600×9.81×(2.1－0.9+2.0－0.7)－
1000×9.81× (2.0－0.9+2.5－0.7)
=305kPa
34
[例1-6]：常温水在管道中流动，用双U型管测 两点压差，指示液为汞，其高度差为 100mmHg，计算两处压力差如图：
23
位压头（potential tential head）：
第一项Z为流体距基准面的高度，称为位压头。若把重量 mg的流体从基准面移到高度Z后，该流体所具有的位能为
mgZ。单位质量流体的位能，则为 mgz/mg=z 。即上式中
Z（位压头）是表示单位重量的流体从基准面算起的位能 Zg(potential energy)。
第一章流体流动精品PPT课件
2021/2/20
12
Mm M1 y1 M 2 y2 Mn yn
y1 , y2 yn ——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
（二）比体积
单位质量流体的体积。
vV 1
m
m3/kg
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三、流体静力学基本方程式
设流体不可压缩， Const.
重力场中对液柱进行受力分析：
2021/2/20
19
2. 倒U形管压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
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20
3. 斜管压差计
适用于压差较小的情况。 R' R
sin
值越小，读数放大倍数越大。
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4. 微差压差计
密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ； 扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
整理得
p1 p2 (0 )gR
若被测流体是气体， 0 ，则有 p1 p2 Rg 0
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讨论： ① U形管压差计可测系统内两点的压力差，当将U形 管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测 得流体的表压或真空度；
② 指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
pA pB 而 pA pa gh
pB pa 0 gR
B A
所以
h 0 R
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（三） 液封高度的计算
液封作用：
确保设备安全：当设备 内压力超过规定值时，气 体从液封管排出；
流体流动-资料.ppt
(1) 对静止的流体中任取的一微元立方体进行受力分析 ① 作用于微元流体上的表面力
② 作用于微元流体上的质量力
x方向：Xdxdydz
y方向：Ydx dydz
m
kg/m3
V
液体密度: f (T)
气体密度: 理想气体:
f(p,T)
pM
RT
混合物的密度 m :
已知纯物质的密度及混合物的组成，则
① 对液体混合物：若混合前后体积不变
1 wAwBwn
m A B
n
w — 质量分数
② 气体混合物：若混合前后压力与温度变化不大时，
将先进的工业技术应用于食品加工业， 使食品工业从以手工操作为主发展到以 机械操作为主；
各道工艺从零散发展到连续化、自动 或半自动化；
随着生物技术与电子信息技术的发展， 一些生物技术和光电技术在食品工程中 的原理将不断出现。
课程相关信息
❖国外：Principles of Food Engineering ❖ 国内：食品工程原理
教学与成绩计算方法
❖ 多媒体与板 书并重；
❖ 突出基本原 理与食品工 业应用关系
❖ 实验对原理 的理解非常 重要
成绩计算方法
30%
70%
1.1概述
第1章 流 体 流 动
1.1.1 流体力学
流体：包括液体和气体
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
P/ MPa
p(绝） p（表p） （大气）
表 压
绝
真空度：绝对压力低于大气压 时， 大气压与绝压之差
对 压 力大
气
真 空 度
压
绝对压
0
② 作用于微元流体上的质量力
x方向：Xdxdydz
y方向：Ydx dydz
m
kg/m3
V
液体密度: f (T)
气体密度: 理想气体:
f(p,T)
pM
RT
混合物的密度 m :
已知纯物质的密度及混合物的组成，则
① 对液体混合物：若混合前后体积不变
1 wAwBwn
m A B
n
w — 质量分数
② 气体混合物：若混合前后压力与温度变化不大时，
将先进的工业技术应用于食品加工业， 使食品工业从以手工操作为主发展到以 机械操作为主；
各道工艺从零散发展到连续化、自动 或半自动化；
随着生物技术与电子信息技术的发展， 一些生物技术和光电技术在食品工程中 的原理将不断出现。
课程相关信息
❖国外：Principles of Food Engineering ❖ 国内：食品工程原理
教学与成绩计算方法
❖ 多媒体与板 书并重；
❖ 突出基本原 理与食品工 业应用关系
❖ 实验对原理 的理解非常 重要
成绩计算方法
30%
70%
1.1概述
第1章 流 体 流 动
1.1.1 流体力学
流体：包括液体和气体
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
P/ MPa
p(绝） p（表p） （大气）
表 压
绝
真空度：绝对压力低于大气压 时， 大气压与绝压之差
对 压 力大
气
真 空 度
压
绝对压
0
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流动现象综合演示实验
之一： 流谱流线演示实验
一、实验目的与要求
1.观察流体运动的迹线和流线； 2.观察流体绕固体边界运动时的流动现象； 3.观察各种简单势流：源、汇、平行流的流谱。
二、实验设备
1 2 3
9
4
5
6
7 8
(
(
(
1.显示板 2.机翼 3.孔道 4.圆柱 5.孔板 6.闸板 7.交丘里管 8.突然扩大和突然缩小 9.侧板
旋涡的大小和紊动强度与流速有关。这可以通过调节流量
来观察对比：如流量减小，渐扩段流速较小，其紊动强度也较 小，这时可看到在整个渐扩段有明显的单个大尺度旋涡。反之， 当流量增大时，这单个大尺度旋涡随之破碎，并形成无数个小 尺度的旋涡，且流速越高，紊动强度越大，则旋涡越小。可以 看到，几乎每一个质点都在其附近激烈地旋转着。在突扩段， 也可看到类似的旋涡尺度变化。据此清楚表明：紊动强度越大， 旋涡尺度越小，几乎每一个质点都在其附近激烈地旋转着。由 于流体质点间的内磨擦越厉害，水头损失也就越大。
四、实验分析与讨论
1.实验观察到驻（滞）点的流线发生转折，这是否与流线的 性质矛盾呢？ 2. 从仪器中看到的染色线是流线还是迹线？
之二 ：流动现象演示
一、实验目的与要求
1.观察管流、射流、明渠流中的各种流动现象； 2.观察边界条件对水头损失的影响； 3.结合工程实例，了解流体力学基本原理在工程实际中的应用。
由于本仪器突缩段较短，故其流谱亦可视为直角进口管嘴的
流动图像。在减小，流速增大，从而在收缩断面出现真空。
在直角弯道和壁面冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在
弯道水流中，流线弯曲更加剧烈，越靠近弯道内侧，流速越小； 且近内壁处，出现明显的回流，将直角弯道所形成的回流范围 与ZL-2型圆角转弯对比，显然直角弯道旋涡区大，回流更加明 显。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
二、实验设备
1
1 0 2 3 4 5
6
1 1 8 7 9
水泵 掺气
水箱
流场显示板 气水分离
1.挂孔 2.彩色有机玻璃面罩 3.不同边界的流动显示板 4.加水孔孔盖 5.掺气量调节阀 6.蓄水箱 7. 无级调速旋钮 8.电器、水泵室 9.标牌 10.铝合金框架后盖 11.水位观察窗
三、实验现象与原理
1.Ⅰ型 单流道，演示机翼绕流的流线分布。由实验图像可见，
机翼的向天侧(外包线曲率较大一侧)流线较密，表明流速较 大，压强较低；而在机翼的向地侧，流线较疏，流速较小， 压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的升力。在机翼的 中部设有沟通上、下两侧的孔道，孔道中有染色电极，在机 翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天 侧，通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色流体流 动的方向，即升力方向。
文丘里及孔板流量计的结构简单、使用方便、测量精度高。 由显示可见其结构的区别及其用途：文丘里流量计的优点是能 量损失较小，对液流干扰较少，广泛应用于实验室与实际工程 中的流量量测。孔板流量计结构更为简单，但水头损失很大， 这一点作为流量计是缺点，但将其作为工程上的孔板消能又是 优点。如黄河小浪底电站，在有压隧洞中设置了五道孔板式消 能工。使泄洪的余能在隧洞中消耗，从而解决了泄洪洞出口缺 乏消能条件时的工程问题。其消能的机理、水流形态及水流和 隧洞间的相互作用等，与孔板出流相似。
然而，当适当增大流速，雷诺数Re增高，流动由势流变成 涡流后，流线的对称性就不复存在。此时虽然圆柱上游流谱形 状不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。由此 可见，势流与涡流是性质完全不同的两种流动。
3.Ⅲ型 双流道，演示文丘里管、孔板、逐渐缩小和逐渐扩大、
突然缩小和突然扩大、明渠闸板（管道阀门）等流段纵剖面 上的流谱。演示是在小雷诺数下进行，流体在流经这些管段 时，有扩大有缩小。由于边界本身亦是一条流线，通过在边 界上特别布设的电极，该流线亦能得以演示。同Ⅱ型，若适 当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会看 见在突然扩大的拐角处流线脱离边界，形成旋涡，从而显示 出实际流体的总体流动图谱。
2.ZL-2型 显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管嘴以及壁面
冲击、180°圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。 由显示可见，文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无主流与边 壁的分离和旋涡产生。在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的 孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板后的水流逐渐扩散，并 在主流区的周围形成较大的旋涡区。由此可知，孔板流量计的过 流阻力比文丘里流量计大。圆弧进口管嘴入流顺畅，管嘴过流段 上无边界层分离和旋涡产生（对比1型的直角进口管嘴）；在圆 形弯道段，边界层分离的现象及分离点明显可见，与直角弯道比 较，流线较顺畅，旋涡发生区域较小。
（a） （b） （c） （d） （e） （f） （g）
三、实验现象与原理
1.ZL-1型 显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、
180°直角弯道等平面上的流动图像，模拟串联管道纵剖面流谱。 在逐渐扩散段可看到由主流脱离边壁（边界层分离）而形成
的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，旋涡尺度越小，紊动强 度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡。 由此可知，逐渐扩散段的局部水头损失大于逐渐收缩段。 在突然扩大段出现了较大的旋涡区，而突然收缩段只在死角处和 收缩断面后的进口附近出现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段 有较大的局部水头损失（缩扩的直径比大于0.7时例外），而且 突缩段的水头损失主要发生在突缩断面之后（旋涡区在后）。
此外，在流道出口端(上端)还可观察到流线汇集到一处， 非常密集但并无交叉，从而验证了流线不会重合的特性。
2.Ⅱ型 单流道，演示圆柱绕流的流谱。因为狭缝式流道中液流流
速很低（约为0.5～1 cm/s），能量损失极小，可以忽略，故其 流动可视为势流。因此所显示的圆柱上下游流谱几乎完全对称， 这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；圆柱两侧转捩点趋于重 合，零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分成左右2支，经 90°点后在背滞点处两者又合二为一了。这是由于绕流流体可 视为理想流体（势流必备条件之一），由能量方程知，圆柱绕 流在前驻点（u=0）势能最大，动能最小；90°点(u=umax）势能 最小，动能最大；到达后滞点（u=0）时，动能又全部转化为势 能，势能再次达到最大，故其流线又复原到驻点前的形状。
之一： 流谱流线演示实验
一、实验目的与要求
1.观察流体运动的迹线和流线； 2.观察流体绕固体边界运动时的流动现象； 3.观察各种简单势流：源、汇、平行流的流谱。
二、实验设备
1 2 3
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6
7 8
(
(
(
1.显示板 2.机翼 3.孔道 4.圆柱 5.孔板 6.闸板 7.交丘里管 8.突然扩大和突然缩小 9.侧板
旋涡的大小和紊动强度与流速有关。这可以通过调节流量
来观察对比：如流量减小，渐扩段流速较小，其紊动强度也较 小，这时可看到在整个渐扩段有明显的单个大尺度旋涡。反之， 当流量增大时，这单个大尺度旋涡随之破碎，并形成无数个小 尺度的旋涡，且流速越高，紊动强度越大，则旋涡越小。可以 看到，几乎每一个质点都在其附近激烈地旋转着。在突扩段， 也可看到类似的旋涡尺度变化。据此清楚表明：紊动强度越大， 旋涡尺度越小，几乎每一个质点都在其附近激烈地旋转着。由 于流体质点间的内磨擦越厉害，水头损失也就越大。
四、实验分析与讨论
1.实验观察到驻（滞）点的流线发生转折，这是否与流线的 性质矛盾呢？ 2. 从仪器中看到的染色线是流线还是迹线？
之二 ：流动现象演示
一、实验目的与要求
1.观察管流、射流、明渠流中的各种流动现象； 2.观察边界条件对水头损失的影响； 3.结合工程实例，了解流体力学基本原理在工程实际中的应用。
由于本仪器突缩段较短，故其流谱亦可视为直角进口管嘴的
流动图像。在减小，流速增大，从而在收缩断面出现真空。
在直角弯道和壁面冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在
弯道水流中，流线弯曲更加剧烈，越靠近弯道内侧，流速越小； 且近内壁处，出现明显的回流，将直角弯道所形成的回流范围 与ZL-2型圆角转弯对比，显然直角弯道旋涡区大，回流更加明 显。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
二、实验设备
1
1 0 2 3 4 5
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水泵 掺气
水箱
流场显示板 气水分离
1.挂孔 2.彩色有机玻璃面罩 3.不同边界的流动显示板 4.加水孔孔盖 5.掺气量调节阀 6.蓄水箱 7. 无级调速旋钮 8.电器、水泵室 9.标牌 10.铝合金框架后盖 11.水位观察窗
三、实验现象与原理
1.Ⅰ型 单流道，演示机翼绕流的流线分布。由实验图像可见，
机翼的向天侧(外包线曲率较大一侧)流线较密，表明流速较 大，压强较低；而在机翼的向地侧，流线较疏，流速较小， 压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的升力。在机翼的 中部设有沟通上、下两侧的孔道，孔道中有染色电极，在机 翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天 侧，通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色流体流 动的方向，即升力方向。
文丘里及孔板流量计的结构简单、使用方便、测量精度高。 由显示可见其结构的区别及其用途：文丘里流量计的优点是能 量损失较小，对液流干扰较少，广泛应用于实验室与实际工程 中的流量量测。孔板流量计结构更为简单，但水头损失很大， 这一点作为流量计是缺点，但将其作为工程上的孔板消能又是 优点。如黄河小浪底电站，在有压隧洞中设置了五道孔板式消 能工。使泄洪的余能在隧洞中消耗，从而解决了泄洪洞出口缺 乏消能条件时的工程问题。其消能的机理、水流形态及水流和 隧洞间的相互作用等，与孔板出流相似。
然而，当适当增大流速，雷诺数Re增高，流动由势流变成 涡流后，流线的对称性就不复存在。此时虽然圆柱上游流谱形 状不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。由此 可见，势流与涡流是性质完全不同的两种流动。
3.Ⅲ型 双流道，演示文丘里管、孔板、逐渐缩小和逐渐扩大、
突然缩小和突然扩大、明渠闸板（管道阀门）等流段纵剖面 上的流谱。演示是在小雷诺数下进行，流体在流经这些管段 时，有扩大有缩小。由于边界本身亦是一条流线，通过在边 界上特别布设的电极，该流线亦能得以演示。同Ⅱ型，若适 当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会看 见在突然扩大的拐角处流线脱离边界，形成旋涡，从而显示 出实际流体的总体流动图谱。
2.ZL-2型 显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管嘴以及壁面
冲击、180°圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。 由显示可见，文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无主流与边 壁的分离和旋涡产生。在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的 孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板后的水流逐渐扩散，并 在主流区的周围形成较大的旋涡区。由此可知，孔板流量计的过 流阻力比文丘里流量计大。圆弧进口管嘴入流顺畅，管嘴过流段 上无边界层分离和旋涡产生（对比1型的直角进口管嘴）；在圆 形弯道段，边界层分离的现象及分离点明显可见，与直角弯道比 较，流线较顺畅，旋涡发生区域较小。
（a） （b） （c） （d） （e） （f） （g）
三、实验现象与原理
1.ZL-1型 显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、
180°直角弯道等平面上的流动图像，模拟串联管道纵剖面流谱。 在逐渐扩散段可看到由主流脱离边壁（边界层分离）而形成
的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，旋涡尺度越小，紊动强 度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡。 由此可知，逐渐扩散段的局部水头损失大于逐渐收缩段。 在突然扩大段出现了较大的旋涡区，而突然收缩段只在死角处和 收缩断面后的进口附近出现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段 有较大的局部水头损失（缩扩的直径比大于0.7时例外），而且 突缩段的水头损失主要发生在突缩断面之后（旋涡区在后）。
此外，在流道出口端(上端)还可观察到流线汇集到一处， 非常密集但并无交叉，从而验证了流线不会重合的特性。
2.Ⅱ型 单流道，演示圆柱绕流的流谱。因为狭缝式流道中液流流
速很低（约为0.5～1 cm/s），能量损失极小，可以忽略，故其 流动可视为势流。因此所显示的圆柱上下游流谱几乎完全对称， 这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；圆柱两侧转捩点趋于重 合，零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分成左右2支，经 90°点后在背滞点处两者又合二为一了。这是由于绕流流体可 视为理想流体（势流必备条件之一），由能量方程知，圆柱绕 流在前驻点（u=0）势能最大，动能最小；90°点(u=umax）势能 最小，动能最大；到达后滞点（u=0）时，动能又全部转化为势 能，势能再次达到最大，故其流线又复原到驻点前的形状。