流体力学基础 ppt课件

➢流体介质是由连续的质点组成的；
➢质点运动过程的连续性。
流体的压缩性
不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变 化，这种流体称为不可压缩流体。
可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化， 则称为可压缩流体。
实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不 可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如 果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可 压缩流体处理。
1.3 压强
垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体的压强， 简称压强。习惯上称为压力。垂直作用于整个面上的 力称为总压力。
在静止流体中，从各方向作用于某一点的压强大小 均相等。
压强的单位: ❖ 帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位); ❖ 标准大气压, atm; ❖ 某流体液柱高度; ❖ bar（巴）或kgF/cm2等。
m v
（1-1）
式中 ρ —— 流体的密度，kg/m3；
m —— 流体的质量，kg；
v —— 流体的体积，m3。
不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力p和 温度T的函数，可用下式表示 ：
f(p,T)
（1-2）
液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略
不计，但其随温度稍有改变。气体的密度随压力和温度的变化
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
=28.96
气体的平均密度为：
T0p 0 Tp0
即
2 2..4 6 8 9 2 3 2 7 7 1 9 .8 3 3 .3 0 1 1 1 1 4 30 0 0 .9k2 /g m 3
第一章 流体力学基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 流体静力学 流体在管内的流动 流体的流动现象 流量测量 *
要求
掌握连续性方程和能量方程 熟练使用柏努利方程和雷诺准数解决流体力
学问题 了解流体输送机械
第一节 概 述
流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
较大。 当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理
想气体状态方程式计算：
m pM
v RT
（1-3）
式中 p —— 气体的压力，kN/m2或kPa；
T —— 气体的绝对温度，K；
M —— 气体的摩尔质量，kg/kmol；
R —— 通用气体常数，8.314kJ/(kmol·K)。
气体密度也可按下式计算源自0T0 p Tp0
（1-4）
上式中的ρ0＝M/22.4 kg/m3为标准状态（即T0=273K及
p0=101.3kPa）下气体的密度。
在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要 采用真实气体状态方程式计算。
气体混合物: 当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，
仍可用式(1-3)计算气体的密度。
M m M 1 y 1 M 2 y 2 L M n y n
1 a1 a2
an
m 1 2
n
式中 α1、α2、…，αn —— 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；
ρm —— 液体混合物的平均密度，kg/m3。
1.2 比容v
单位质量流体的体积，称为流体的比容，用符号v表示，单
位为m3/kg，则
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体流动示意图
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。
流体的研究方法
在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体 微团组成的连续介质。
流体微团或流体质点：它的大小与容器或管道相比是 微不足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多， 它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出 宏观的参数（如压力、温度），从而使我们可以观察 这些参数的变化情况。
连续性的假设
换算关系：
1标准大气压(atm)=101300Pa =10330kgF/m2 =1.033kgF/cm2(bar, 巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
绝对压力：以绝对真空(即零大气压)为基准。
表压强：以当地大气压为基准。它与绝对压力的关系，可
用下式表示： 表压＝绝对压力－大气压力
式中 ：M１、M2、… Mn—— 气体混合物各组分的摩尔质量； y1 、 y2 、 … yn —— 气体混合物各组分的摩尔分率。
➢气体混合物的组成通常以体积分率表示。
➢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。
第二节 流体静力学
流体静力学研究流体在外力作用下达到平衡时各物 理量的变化规律。
作用在流体上的力有质量力和表面力。
质量力：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成
正比，如：重力和离心力。
表面力：作用于流体质点表面的力，其大小与表面积成
正比，如：压力和剪力。
1 流体的物理特性
1.1 密度ρ
单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为
真空度：当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大
气压的数值，即： 真空度＝大气压力－绝对压力
注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说 明时均可按标准大气压计算。
vV 1
m
即流体的比容是密度的倒数。
例1-1 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与 998kg/m3，试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液 的密度。
例 1-2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和
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。