流体流动习题课.ppt
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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
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。
第一章_习题课_流体流动
2
1、粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都 具有粘性。（ √ ） 2、尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘 性的影响，对静止的流体可不考虑粘性的影响。（ √ ） 3、U型压差计测量的是两截面间静压强的差值。（ × ） 4、流体在圆形管道中作稳态流动，流速会因内摩擦力的存在 而减速。（ ×） 5、孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。 （ × ） 6、转子流量计工作时，流体作用在转子上下截面间的静压强 差不变。（ √ ）
u h f R( 0 ) g 2
2. 流体在流动过程中，由于速度的大小和方向发生变化 形体 而引起的阻力，称为______________ 阻力
3. 流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损 失的是机械能中的____ P/ 项。 升高 4. 一般情况下，温度升高，气体的粘度___________ ， 液体的粘度_____________ 。 降低
2
静力学方程式：
p1
gz1
p2
gz2
主要公式
虚拟压强：
P p ρgz
P p ρgz const 静力学基本方程： ρ ρ
非等径直管中稳态流动：
2 P1 P2 u2 u12 Rg( 0 ) （ ） hf ρ ρ 2 2
等径直管中稳态流动：
h f,前＝h f,后
l u2 l u' 2 d 2 d' 2
u' d' u d
Vh' u' d' 2 2.5 2 1.5 2.756 Vh u d
（2）有人建议将管路并联一根长度为l/2、内径为 50mm的管子（见图b）。（增加26.5%）
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
2021/2/20
13
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
2021/2/20
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。
2021/2/20
21
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
2021/2/20
18
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
2021/2/20
24
（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》PPT课件 (2)
22
像这种系统的运动参数（流速、压强等）不随时 间而变化仅随所在空间位置而改变的流动过程称为稳定流 动。图1-6（b）中水在流动过程中，测得排水管1-1'和22'两截面上流速和压强随时间而改变，像这种系统的运动 参数（流速、压强等）不但随所在空间位置变化而且随时 间而变化的流动过程称为非稳定流动。
4 d 4Vs
u 或
（1-18） （1-19） （1-19a）
式（1-19 a）是确定输送流体的管道直径的最基本公式。流体的体 积流量一般由生产任务所决定，平均流速则需要综合考虑各种因素 后进行合理地选择。流速选择的过高，管径可以减小，但流体流经 管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之增加。反之，流速选 择的21过低，操作费用可相应的减少，但管径增大，管路的投资费用
把上式各项除以面积A得P2 P1 Agh 0
（1-9）
p2 p1 gh 0
（1-10）
由于所以式（1-10）可写为
p2 p1 g(z1 z2 )
（1-11）
式（1-11）称为流体静力学基本方程式，说明静止 流体内部压强的变化规律。
11
（2）讨论
①当液体内任一点z1上的压强p1有任何大小改变时，液体内 部z2上的压强p2也有同样的改变。因此说当作用于液面上
略这种变化，认为各纯液体混合后总体积等于各纯液体的体
积之和。因此，以1kg混合液体为基准得到液体混合物的密
度计算公式： 1 xw1 xw2 xwn n xwi
m 1 2
n i1 i
（1-5）
式中 m
——液体混合物的密度，kg/m3；
xw1， xw2,···, xwn——液体混合物中各组分 的质量分1 率2 ； n
1.2.2 稳定流动与非稳定流动
像这种系统的运动参数（流速、压强等）不随时 间而变化仅随所在空间位置而改变的流动过程称为稳定流 动。图1-6（b）中水在流动过程中，测得排水管1-1'和22'两截面上流速和压强随时间而改变，像这种系统的运动 参数（流速、压强等）不但随所在空间位置变化而且随时 间而变化的流动过程称为非稳定流动。
4 d 4Vs
u 或
（1-18） （1-19） （1-19a）
式（1-19 a）是确定输送流体的管道直径的最基本公式。流体的体 积流量一般由生产任务所决定，平均流速则需要综合考虑各种因素 后进行合理地选择。流速选择的过高，管径可以减小，但流体流经 管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之增加。反之，流速选 择的21过低，操作费用可相应的减少，但管径增大，管路的投资费用
把上式各项除以面积A得P2 P1 Agh 0
（1-9）
p2 p1 gh 0
（1-10）
由于所以式（1-10）可写为
p2 p1 g(z1 z2 )
（1-11）
式（1-11）称为流体静力学基本方程式，说明静止 流体内部压强的变化规律。
11
（2）讨论
①当液体内任一点z1上的压强p1有任何大小改变时，液体内 部z2上的压强p2也有同样的改变。因此说当作用于液面上
略这种变化，认为各纯液体混合后总体积等于各纯液体的体
积之和。因此，以1kg混合液体为基准得到液体混合物的密
度计算公式： 1 xw1 xw2 xwn n xwi
m 1 2
n i1 i
（1-5）
式中 m
——液体混合物的密度，kg/m3；
xw1， xw2,···, xwn——液体混合物中各组分 的质量分1 率2 ； n
1.2.2 稳定流动与非稳定流动
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1
1 16
hf 2 hf1
d
2 2
l1u1
d
2 1
l2 l1
d
2 1
d
2 2
2l1d
2 1
l1
4d
2 1
1 2
u2 u1
1 8
如果qv1 qv2
u1d12
u2
d
2 2
阻力平方区， 不变。
d
u1 4u2
2020/10/13
7
5、 1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
1
1
1 2 (i )gR
1 u12 2 u22
流体流动习题课
一、概念题
1 教材思考题
主要内容
2 综合练习填空题 3 综合练习选择题
二、例题
三、作业中的问题
2020/10/13
1
教材思考题
1-3. 气体粘度由分子不规则热运动引起，升高温 度，热运动加剧，粘度增大。 液体粘度由分子间吸引力引起，升高温度， 吸引力减小，粘度下降。
1-6. 大容器中，气体体积不变，压强不变。 U管1为压强计，不变。 U管2为压差计，虚拟压差变化，读数变化。
a
b
c
（摩擦系数变化不大，管内动能可忽略。）
2020/10/13
18
h AB
AB
C
a
b
c
1. 换管子 液面到管子出口
gh hf
l λ
d
u2 2
8λ lqv2 π2d 5
qV π
gh d 2.5 8λ l
qV d 2.5
3. 并联管路
qV 75 2.5 1.52.5 2.756 qV 50
D
A BC
A
uA2 2
B
uB2 2
hfAB
C
uC2 2
D
uD2 2
hfCD
hf
l d
u2
图四
2
2020/10/13
16
6、 λ 64 G u
Re
f
d
8、
A
uA2 2
B
uB2 2
hfAB
11、
z0
p0
g
u02 2g
z2
p2
g
u22 2g
H
f
2020/10/13
17
从水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变。送水管的内
22
1 2 0
1
2
u2
2
1
2
u22
u12 2
2020/10/13
8
6. 490
qV C R A0
2V f g(ρ f ρ) ρ Af
7. 2 管径
流1体密度ρ
图二
2020/10/13
ζ
2gR(ρi ρu2
ρ)
hf
u2 2
1 2 ( ρi ρ)gR hf
1
u12 2
2
u22 2
2020/10/13
5
填空题
1. ML-1T-2;
ML2T-3
2. －2，1，1； 0，2，1
hf
32 l u d2
hf
l
d
u2 2
4. 速度＝0至速度＝主体速度99％的区域
2020/10/13
6
3. 0.5
u1 u2 , l2 2l1 , d 2 2d1
l2 u2
h f 2 h f 1 u22 u12
hf
9
填空题
8. ⑴ 大；1.134；2.835； ⑵ 大；1.182；0.2955～2.955
比重 水
校正系数 qV 2
qV 1
2020/10/13
10
填空题
1.5～3mmHg
9. CCl4
1 2 ( ρi ρ)gR
i
13600k
g m3
p i gR 0.2 ~ 0.4kPa
i
1600k
g m3
10. B支路阻力大；
12.7～25.4mm CCl4
增大B 支路管径，减小局部阻力
11. 截面，压差； 压差，截面
2020/10/13
11
填空题
12. 变小；增大
13. 是否遵守牛顿粘性定律
14. 大；1.034；6.204；62.04
补充题1. 层流底层越薄______。A)近壁面速度梯度越小Fra bibliotekB)流动阻力越小；
C)流动阻力越大；
D)流体湍动程度越小。
2020/10/13
12
补充题2. 图十一中A、B两管段内均有流体流 过，从所装的压差计显示的情况，判断管段 内流体的流向。
2020/10/13
图十一
13
补充题2
2 1
1
u12 2
2
u22 2
hf
1 2 ( ρi ρ)gR >0
图十一
2020/10/13
14
选择题
1. B 2. C 3. B 4. C 5. A 6. D；C 7. C；B 8. C
2020/10/13
9. C 10. A；B 11. C 12. A，A，A；
B，B，A 13. C 14. E；C；A；
B；E
15
选择题
2、 A B ( ρi ρ)gR1
C D ( ρi ρ)gR2
增加流量
qV
d 2.5
0.52.5
=0.177
qV d
2020/10/13
19
a
2. 并联管子
h AB C
b
uC 2uA 2uB
AB
c
gh lA
u
2 A
lC
uC2
l
uC2
5
d 2 d 2 d 28
5 8
uC2
u2
uC 8 1.265 u5
2020/10/13
20
例1（考题）
2020/10/13
2
1-7. 烟囱内热气体，密度小，压差变化小 于外界。 烟囱高，外界压差变化大。 1-10. U管测虚拟压差，虚拟压差向动能转 换，流速不变，读数不变。 1-11. A-C列方程，解出管中动能，带入AB间方程，解出压强关系。
2020/10/13
3
管子出口C，BC高度差 h
A-C A-B
pA gH gh pC u2
2
pA
gH
pB
u2
2
pA gH pB gH gh
pA pB gh
pA pB
2020/10/13
4
1-15. 水力光滑：管壁突起低于层流内层高 度，湍流核心就像在光滑管中流过一样。
完全湍流粗糙管：管壁突起完全暴露在湍 流核心中。 1-18. 关阀时，阀前压力降低，阀后压力升 高，流量减小。
径为50mm，管路总长为 l，且l >> le，流量为qV，水塔水 面与送水管出口间的垂直距离为h。今用水量增加50%， 需对水管进行改装。试分析如下方案的效果：
1.将管路换成内径为75mm的管子（图a） 2.将管路并联一根长度为 l/2,内径为50mm的管子（图b） 3.将管路并联一根长度为 l，内径为25mm的管子（图c）
已知：D 100mm , d 50mm , H 150mm , 1.2kg/m3
R 25mm，水被吸入水平管中
求：qV ?m3/s
（阻力可忽略）
2020/10/13
21
例1
已知：D 100mm , d 50mm , H 150mm , 1.2kg/m3
R 25mm ，水被吸入水平管中 求： qV ?m3/s （阻力可忽略）
qV 0.182m3 s
解：截面如图所示，管道中心面为水平基准面
p1(表) ρHg gR 3335Pa p2 ρ水 gH pa