流体力学泵与风机
工程流体力学及泵与风机(暖通
注意：z2-z1——下游断面高度减 上游断面高度（±）； ρa-ρ——外界大气密度减管内气 体密度（±） ； z2=z1或ρa=ρ——位压为零
相似性原理
1.力学相似
（1）几何相似——模型和原型的几何形状相似。原 型中任何长度尺寸和模型中相对应长度尺寸的比值处 处相等，对应角相等。
lp lm
dp dm
总流能量方程 物理意义和几何意义
z：总流过流断面上单位重量流体所具有的位能、位 置高度（水头）
p/γ：总流过流断面上单位重量流体所具有的压能、 测压管高度（压强水头）
V2/2g：总流过流断面上单位重量流体所具有的平 均动能、流速高度（水头）
hw：总流两过流断面之间单位重量流体机械能的损 失、水头损失。
流体运动的基本概念
迹线——流体质点运动的轨迹线。（时段） 流线——是一条瞬时曲线，曲线上每一点的
切线方向为该点的流速方向。（时刻） 流线的性质：一般情况下不能相交；不能为
折线； 流管——在流场中任意取一非流线的曲线，
过曲线上各点作流线，所构成的管状曲面。 充满流体的流管称为流束。
流体运动的基本概念
（1）雷诺准则——粘性力是主要的力
FTP FIP
FTm
FIm
改成
FIP FIm
FTP
FTm
FT
A dv
dy
lv
lv
FI ma l 2v2
v pl p vmlm
p
m
(Re) p Re m , Re 1
无量纲数 Re vl
雷诺数——粘性力的相似准数
阻力平方区-------自模区
（2）佛劳德准则——重力是主要的力
动力相似→对应点 上的力的封闭多边 形相似
流体力学中的流体泵与风机
流体力学中的流体泵与风机流体力学是研究流体运动及其相互作用的一门学科，广泛应用于各个工程领域。
在流体力学中，流体泵和风机是两个常见的设备，它们在工程实践中起到了至关重要的作用。
本文将围绕流体泵和风机展开讨论，从其原理、应用和发展趋势等方面进行探究。
一、流体泵1. 原理流体泵是一种能够将低压流体转变为高压流体的机械设备。
其工作原理与总量守恒和动量守恒定律密切相关。
泵将低压液体吸入，并通过施加机械力增加其动能，最终将其排出并产生高压。
常见的流体泵包括离心泵、容积泵和轴流泵等。
2. 应用流体泵在工程实践中具有广泛的应用。
它们被广泛应用于供水、石油、化工、冶金等领域，包括给排水系统、原油输送、化工生产和热能供应等。
流体泵的应用可以提高流体输送效率，满足各种工程需求。
3. 发展趋势随着科技的不断发展，流体泵也在不断演进。
目前，人们对流体泵的发展趋势主要包括以下几个方面：（1）提高效率：通过优化设计和使用新材料，提高流体泵的效率，减少能源消耗。
（2）提高可靠性：研发更耐磨、抗腐蚀的材料，提高流体泵的寿命和可靠性。
（3）智能化控制：引入先进的控制技术和传感器，实现流体泵的自动化、智能化运行，提高工作效率和安全性。
二、风机1. 原理风机是将电能、燃料能等形式能源转换为气体动能的装置。
其工作原理基于空气动力学和能量转换原理。
通过转子的旋转，风机能够将气体的动能和压力能转化为机械能，从而实现气体的输送。
2. 应用风机在工程实践中应用广泛，包括通风、空调、工业烟气处理等领域。
例如，风机可以用于排除室内空气中的污染物，保持空气新鲜；还可以用于工业烟气处理中的除尘、脱硫等工艺。
3. 发展趋势现代风机的发展也面临着一些挑战和需求：（1）高效节能：发展低能耗、高效率的风机技术，减少能源消耗。
（2）减少噪音污染：通过优化设计和采用低噪音材料，减少风机运行时的噪音污染。
（3）智能化控制：应用智能控制技术，实现风机的自动调节和远程监控，提高运行效率和管理水平。
流体力学泵与风机期末复习重点总结
流体力学泵与风机期末复习重点总结流体力学泵与风机期末复习重点总结一、引言流体力学泵与风机是在流体力学领域中非常常见的装置，广泛应用于工程领域，如水泵、空调风机、离心风机等。
熟练掌握流体力学泵与风机的基本原理和性能特点，对于工程师和研究人员来说是非常重要的。
本文将对流体力学泵与风机的期末复习重点进行总结，帮助读者快速回顾和掌握相关知识。
二、流体力学泵的基本原理流体力学泵是一种能够将流体从低压区域输送到高压区域的装置。
其基本原理是利用泵的叶轮运动与流体之间的相互作用来实现流体的输送。
在泵的叶轮中，流体由低压区域进入，受到叶片的作用而增加了动能，然后被推向高压区域。
流体在泵内的流动过程中，需克服摩擦阻力和叶轮的转动阻力，从而提供功率。
三、泵的性能特点及分类1. 泵的扬程和流量特性：泵的扬程和流量是泵性能的两个重要指标。
扬程表示泵能够提供的压力能力，流量表示泵单位时间内输送流体的量。
泵的性能曲线反映了扬程和流量之间的关系，帮助人们了解泵在不同工况下的表现。
2. 泵的效率：泵的效率是指泵转换输入功率和输出功率之间的比值。
有效高效的泵可以提供更大的流量，同时减少能源的消耗。
泵的效率与流量、扬程等参数有关。
3. 泵的分类：根据其结构和工作原理不同，泵可以分为离心泵、容积泵、轴流泵等多种类型。
离心泵是最常见的类型，通过旋转叶轮产生离心力将流体推向出口。
容积泵利用容积的变化来实现流体输送。
轴流泵则是通过推力来推动流体。
四、风机的基本原理及特点风机是一种将气体（如空气）转化为动能的装置，常用于通风、循环等工程领域。
风机与泵类似，但在工作原理和性能特点上有所不同。
1. 风机的工作原理：风机通过旋转叶轮产生了气流的动能，然后将其传递给周围的空气，使空气流动起来。
在风机内部，气流具有一定的压力差，使得气体在风机内不断循环流动。
2. 风机的性能特点：与泵相比，风机的压力增加较小，但流量较大。
风机性能的评估指标主要包括气流量和压力增加。
流体力学泵与风机课件
详细描述
流量是泵在单位时间内输送的流体体积或质量，是衡量 泵输送能力的重要参数。扬程是泵所输送流体的出口压 力与入口压力之差，反映了泵对流体所做的功。功率是 泵在单位时间内所做的功或消耗的能量，反映了泵的工 作效率。效率是泵的实际输出功率与输入功率之比，反 映了泵的工作效率。转速是泵轴的旋转速度，反映了泵 的工作速度。这些性能参数是选择和使用泵的重要依据 。
详细描述
风机的工作原理主要是通过叶轮旋转产生的离心力或升力，使气体获得能量，如 压力和速度等。当叶轮旋转时，气体被吸入并随叶轮一起旋转，在离心力的作用 下，气体被甩向叶轮的外部，并获得能量，然后通过导流器将气体排出。
风机的性能参数
总结词
风机的性能参数
详细描述
风机的性能参数主要包括流量、压力、功率和效率等。流量表示单位时间内通过风机的气体体积或质 量，压力表示气体通过风机时所受到的压力，功率表示风机所消耗的功率，效率表示风机输出功率与 输入功率之比。这些性能参数是衡量风机性能的重要指标。
具有流动性、连续性和不 可压缩性，对流体的作用 力可以分解为法向应力和 切向应力。
流体静力学
静压力
静压力计算
流体在平衡状态下作用在单位面积上 的力，与重力加速度和高度有关。
通过压强计或压力传感器测量流体中 的静压力。
静压力特性
静压力沿重力方向递增，垂直方向上 静压力相等。
流体动力学
流量与速
流量是单位时间内流过某 一截面的流体体积，流速 是单位时间内流过某一截 面的距离。
05
CATALOGUE
泵与风机的应用场景
泵的应用场景
工业用水处理
泵在工业用水处理中用 于输送水、悬浮物和化
学药剂等。
农业灌溉
流体力学泵与风机[总结]
![流体力学泵与风机[总结]](https://img.taocdn.com/s3/m/f88c2b0afd4ffe4733687e21af45b307e871f9ac.png)
流体力学泵与风机方程式（Z+p/γ）=C 从物理学：Z项是单位重量液体质点相对于基准面的位置势能，p/γ项是单位重量液体质点的压力势能，Z+p/γ项是单位重量液体的总势能，（Z+p/γ）=C表明在静止液体中，各液体质点单位重量的总势能均相等。
从水力学：Z为该点的位置相对于基准面的高度，称位置水头，p/γ是该点在压强作用下沿测压管所能上升的高度，称压强水头，Z+p/γ称测压管水头，它表示测压管液面相对于基准面的高度，（Z+p/γ）=C表示同一容器的静止液体中，所有各点的测压管液头均相等。
——————————————等压面：①在连通的同种静止液体中，水平面必然是等压面②静止液体的自由液面是水平面，该自由液面上各点压强均为大气压钱，所以自由液面是等压面③两种不同液体的分界面是水平面，故该面也是等压面——————————————绝对压强=相对压强+真空压强——————————————压强的量度单位：①用单位面积上所受的压力来表示，单位N/m2，或Pa②用液柱的高度来表示，mH2O、mmHg、mmH2O，h=p/γ③用大气压的倍数来表示，单位为工程大气压和标准大气压，1atm=101.325kPa。
——————————————流线：同一时刻流场中一系列流体质点的流动方向线，即在流场中画出的一条曲线，在某一瞬时，该曲线上的任意一点的流速矢量总是在该点与曲线相切。
迹线：某一流体质点在连续时间内的运动轨迹。
——————————————能量方程式的意义（物理意义）：z表示单位重量流体的位置势能，简称位能，简称位能，p/γ表示单位重量流体的压力势能，简称压能，av2/2g表示单位重量流体的平均势能，简称动能，hw表示克服阻力所引起的单位能量损失，简称能量损失，z+p/γ表示单位势能，z+p/γ+av2/2g表示单位总机械能。
（几何意义）方程式中各项的单位都是米，具有长度量纲[L]表示某种高度，可以用几何线段来表示，流体力学上称为水头，z称为位置水头，p/γ称为压强水头，av2/2g 称为流速水头，hw称为水头损失，z+p/γ称为测压管水头（Hp），z+p/γ+av2/2g称为总水头（H）——————————————沿程水头损失：在管路中单位水流的沿程能量损失。
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机引言流体力学泵与风机是现代工程中常见的设备，它们都是用于传递流体能量的机械装置。
流体力学泵用于将流体从一个位置输送到另一个位置，而风机则可以产生气流或风力。
本文将对流体力学泵和风机进行介绍，并对它们的工作原理和应用进行分析。
流体力学泵工作原理流体力学泵利用叶轮的旋转来增加流体的压力和能量，并将流体从低压区域输送到高压区域。
其工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.流体进入泵的吸入口并经过进口管道。
2.进入泵体后，流体会接触到旋转的叶轮。
3.叶轮的旋转会使流体产生离心力，从而增加流体的压力和能量。
4.增压后的流体会经过出口管道被输送到目标位置。
应用领域流体力学泵广泛应用于各个工程领域，包括工业生产、供水系统、空调系统等。
以下是一些常见的应用领域：1.工业生产：流体力学泵在石油、化工、制药等行业中被大量使用，用于输送原料、提供冷却或加热等功能。
2.供水系统：流体力学泵在市政供水系统中发挥关键作用，将水从水源输送到居民家中。
3.空调系统：空调系统中的循环泵利用流体力学泵的原理，将冷却剂从蒸发器输送到冷凝器，实现空调制冷效果。
风机工作原理风机是一种将电能或机械能转换为气流或风力的设备。
它的工作原理与流体力学泵类似，但有些细微差别。
以下是风机的基本工作方式：1.风机通过电机或其他动力装置产生旋转的叶轮。
2.进入风机的气体或气流会被叶轮的旋转加速。
3.叶轮的旋转会使气体产生动能，形成气流或风力。
4.产生的气流或风力可以用于各种应用，例如通风、排气、空气循环等。
应用领域风机在多个领域中被广泛应用，以下是一些常见的应用领域：1.通风系统：风机用于建筑物、地下车库、厂房等场所的通风，保证室内空气的新鲜和循环。
2.工业排气：工业生产中产生的废气需要通过风机排出，以维护良好的工作环境。
3.热交换器：一些设备上的热交换器需要通过风机来强制空气对流，实现热量的交换。
4.供暖系统：某些供暖系统中使用风机将温暖的空气输送到各个房间，实现室内的加热效果。
工程流体力学第7章泵与风机讲解
➢ 为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级离心 泵。
7.1.2 泵的扬程
一般离心式泵的装置如图7.2所示。
➢ 1-1断面为泵的进口，装有真空表3； 2-2断面为泵出口，装有压力表4。
➢ 单位重量液体在泵出口处的能量 e2 与 在泵入口处的能量 e1 之差，即单位重 量液体在泵中实际获得的能量，就是 泵的扬程或总扬程，也是泵的总水头 或称总输水高度，以 H 表示。
9800
2 9.8
7.1.2 泵的扬程
再按图9.2，以O-O面为基准，列吸液池液面与1-1断面的能量方程：
p0
v02 2g
hs
p1
v12 2g
hls
（7.3）
则
e1
hs
p1
v12 2g
p0
v02 2g
hls
列2-2断面与排液池液面d-d的能量方程：
hs
z2
p2
v22 2g
hs
hd
❖ 设大气的压强为Pa，真空表的读数为Pv，压力表的读数为PM，则
p1 pa pv zv
于是 即
p2 pa pM zM
H e2 e1
hs
z2hs
pa
pv
zv
v22 v12 2g
H
(z2
zm ) zv
pM
pv
v22 v12 2g
（7.1）
上式中，(z2+zm)－zv=Δz表示压力表与真空表位置的高度差。
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵 7.2 离心式通风机 7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
流体力学泵与风机
泵与风机的结构
轴流式风机的主要部件
轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流 罩、导叶和扩散筒等，如图所示。近年来，大型 轴流式风机还装有调节装置和性能稳定装置。
泵与风机的结构
第二章 泵与风机的叶轮理论
离心式泵与风机的叶轮理论
• 离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就 对流体做功，从而使流体获得压能及动能。因此，叶轮是实 现机械能转换为流体能量的主要部件。
轴流式泵与风机的叶轮理论
• • • • •
轴流式泵与风机的特点 1．流体轴向流进，轴向流出叶轮。 2．流量大，扬程低； 3．结构简单，重量轻； 4．采用动叶调节，变工况调节性能好，高效区较宽。 现代大容量机组的循环水泵与送、引风机采用这种型式。
主页
离心式泵与风机的叶轮理论
• 离心式泵与风机的工作原理 • 流体在叶轮内的运动及速度三角形 • 能量方程式(欧拉方程式)及其分析 • 离心式叶轮叶片型式的分析 • 有限叶片叶轮中流体的运动
工作 原理
图样 表现
罗茨泵的工作原理
罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽 气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排 出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有 压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相 通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0 中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。 一般来说，罗茨泵具有以下特点：在较宽的压强范围内有较大的抽 速； ●起动快，能立即工作； ●对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感； ●转子不必润滑，泵腔内无油； ●振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀； ●驱动功率小，机械摩擦损失小； ●结构紧凑，占地面积小； ●运转维护费用低。 因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部 门得到广泛的应用。
暖通十一工程流体力学及泵与风机
§11-2相似原理和模型实验方法
11-2-1物理现象相似的概念 11-2-2相似三定理 11-2-3方程和因次分析法 11-2-4流体力学模型研究方法 11-2-5实验数据处理方法
*
11-2-1物理现象相似的概念 几何相似 运动相似 动力相似
*
一切不可压缩流体的平面流动，无论是有旋流动或是无旋流动都存在流函数，但是，只有无旋流动才存在势函数。平面势流的流函数和势函数互为共轭函数。
*
势流在数学上的一个非常有意义的性质，是势流的可叠加性，新流动的流函数为原来流函数的代数和。 偶极流与匀速直线流的叠加就形成绕圆柱体的流动，叠加后的速度分量为：
*
紊流： 对于圆管紊流，可以从理论上证明断面上流速分布是对数型的 ：
式中β为卡门通用系数由实验确定，y为点到管壁的距离，C为积分常数。
*
11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算
根据尼古拉兹实验沿程阻力系数随雷诺数和粗糙度的变化，划分为五个区： I、层流区
II、临界过渡区
*
11-3-1层流与紊流现象 11-3-2流动阻力分类 11-3-3圆管中层流与紊流的速度分布 11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算 11-3-5局部阻力产生的原因和计算方法 11-3-6减少〔局部〕阻力的措施
§11-3流动阻力和能量损失
*
11-3-1层流与紊流现象
层流为各层质点互不掺混分层有规那么的流动。 紊流为流体质点互相强烈掺混运动极不规那么的流动。 流态的判别条件是 层流： 紊流：
各支管的水头损失相等，等于总损失
*
得到总阻抗公式：
各管段的流量关系：
*
11-5-1势函数和流函数概念 11-5-2简单流动分析 11-5-3圆柱形测速管原理 11-5-4旋转气流性质 11-5-5紊流射流的一般特性 11-5-6特殊射流
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机
流体力学泵与风机都是用来输送流体的设备，但两者的原
理和工作方式有所不同。
流体力学泵是通过机械能的转化来增加流体的能量，从而
使流体具有一定的压力能够被输送。
流体力学泵主要由一
个或多个旋转的叶轮组成，通过旋转产生的离心力将流体
吸入并向出口处推送。
泵的转子通过电动机或其他动力源
进行驱动，使其旋转从而产生压力差。
风机是利用风力的动能来进行输送流体的设备。
风机一般
由旋转的叶片和驱动装置组成。
叶片通过空气的冲击力来
转动，从而产生风力推动空气或气流的运动。
风机可以用
来输送空气或气体，常见的应用包括通风系统、空调系统等。
流体力学泵和风机的主要区别在于其工作介质和工作原理。
流体力学泵主要用于输送液体介质，而风机主要用于输送
气体介质。
此外，流体力学泵通过机械能的转化来增加液体的能量，而风机则利用风力的动能来推动气流的运动。
因此，在设计和选择时需要根据具体的应用需要来决定使用哪种设备。
工程流体力学 第7章泵与风机
风机的类型 通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，气体的密 度变化很小。在压气机中，应考虑气体的压缩性。 主要内容：离心式泵与风机的工作原理、性能等。
7.1 离心式泵
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
主要部件：固定在机座上的机壳 及与转轴连在一起并随轴转动的 叶轮。 工作原理：当泵工作时，外部动 力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转， 叶片2间原来充满着的液体在惯性 离心力的作用下，从叶轮外缘抛 出，在机壳4中汇集，从出口5排 走。当叶片间的液体被抛出时， 叶轮内缘入口3处压强降低，外部 的液体便被吸入填充。
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵
7.2 离心式通风机
7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
泵与风机都是输送流体的机械。
泵用于输送液体；风机用于输送气体。
从能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机 械。
从外部输入的机械能，在泵或风机中传递给流体，转化为 流体的压力能，以克服流体在流道中的阻力。 有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高的 压力能储备做功，有些液体被举到更高的位置（如水塔） 而转化为位能。有些情况，流体在经过泵或风机后，速度 也有变化，因而部分地转化为流体的动能。
p2
（7.4）
则 故
H e2 e1
2 2 pd v d p0 v 0 hs hd hld hls 2g 2g
因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd≈ 0，v0≈ 0，故
7.1.2 泵的扬程
H hs hd hls hld
p d p0
7.1.4 泵中的能量损失
大学流体力学课件46——第九章泵与风机
第九章 泵与风机
例：对矿井通风排水设备的要求：安全可靠，合理经济
安全可靠： 如通风机如停15分钟以上就要上报上级主管部门作为一级 事故处理。水泵如在关键时刻不能用，将会淹没整个矿井。 合理经济： 通风和排水设备均为大型设备， 长时工作，耗电量大，应 提高其运行效率。
第九章 泵与风机
( 风镐，凿岩台车)
§9-1 离心式泵
一、概述 二、泵的扬程 三、叶轮
四、泵内的能量损失
五、泵的吸上扬程与汽蚀现象
六、离心泵的性能曲线 比例定律
七、泵在管路中的工况点，工况的调节 八、泵的并联运转与串联运转 九、离心泵的比转速及型号
§9-1 离心式泵
一、概述 1. 离心泵基本结构
§9-1 离心式泵
例： 离心式或轴流式泵与风械又常称为涡轮机械 (turbiner) (透平机械)
叶轮式机械是本课程的主要研究内容。
第九章 泵与风机
容积式(静力式)机械特点： 利用容积变化或位移，改变流体的压力，传递能量。
(由位移所提供的静压强大于由速度或动能的变化而提高的 静压强)
→
理想叶轮的欧拉方程
四、泵内的能量损失
四、泵内的能量损失
四、泵内的能量损失
四、泵内的能量损失
小结：
离心泵的基本结构 离心泵的基本工作原理 泵和风机的主要特性参数 泵的扬程 理想叶轮的欧拉方程 泵内的能量损失
例：往复泵、活塞式空压机、 齿轮泵、叶片泵等
容积式机械主要是液压传动课程所讲述的内容
第八章 泵与风机
※5 通风机和压气机 通风机：气体经过风机后，压力能增加不大，气体的密度 变化很小。为了简化计算，在通风机中的气体， 可视为不可压缩流体。
压气机 ：气体的密度有明显变化，应考虑其压缩性。
流体力学：泵与风机
轴端密封装置分为填料密封、机械密封、浮动环密封
和机械密封等几种形式。
8
离心式风机的主要部件 离心式泵与风机的主要部件由叶轮、蜗壳、集流器 与进气箱组成。 轴流式泵与风机的主要部件 轴流式泵与风机主要部件基本一致，主要部件有叶 轮、导叶、吸入室（集流器）和扩压筒组成
9
二 泵与风机的基本性能参数
※ 泵与风机的基本性能参数※
程度，有效功率Ne与轴功率N的比值称为效率η，即
Ne 100%
（式10.2）
效率是衡量泵与风机性能好N坏的一项技术经济指标。
轴功率的计算公式为： N
Ne
QH
QP
（式10.3） 11
泵与风机的基本性能参数
（5）转速。是指泵与风机叶轮每分钟旋转的圈数， 用 符号n表示，单位是r/min(rpm)。转速是影响泵与风机 性能参数的一个重要因素，泵与风机是按一定的转速 设计的，当泵与风机的实际转速不同于设计转速时， 泵与风机的其它性能参数将按一定的规律变化。
图10.3 轴向涡流对流速 分布的影响
22
离心式泵与风机的基本理论
23
离心式泵与风机的基本理论
图10.4 叶轮出口处流体速度的偏移
24
离心式泵与风机的基本理论
25
离心式泵与风机的基本理论
26
流体力学泵与风机
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27
的流体快速冲向气泡空间，它们的动量在极短的时间内变 为零，因而产生很大的冲击力，该冲击力反复作用在壁面 上，形成剥蚀；②认为气泡在高压区突然溃灭时，将产生 压强冲击波，此冲击波反复作用在壁面上，形成剥蚀。很 可能这两种情况都存在。
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第二章 泵与风机
为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。 分类
目录
• 第一章：流体力学 • §1–1 流体运动的一些基本概念 • §1–2 流体运动的连续性方程 • §1–3伯努利（Bernoulli）方程 • §1–4 液体的空化和空蚀现象 • 第二章：泵与风机
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1
流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等 运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作 用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。 本部分主要介绍流体运动学和流体动力学的基本知识，学 习流体力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、动量 方程和能量方程，这些方程是分析流体流动问题的基础。
(2) 选好基准面，基准面原则上可以选在任何位置，但 选择得当，可使解题大大简化，通常选在管轴线的水平面 或自由液面，要注意的是，基准面必须选为水平面。
(3) 求解流量时，一般要结合一维流动的连续性方程求 解。伯努利方程的p1和p2应为同一度量单位，同为绝对压 强或者同为相对压强，p1和p2的问题与静力学中的处理完
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2、几何意义
理想流体微元流束的伯努利方程式（3-41）中，左端 前两项的几何意义，同样在静力学中已有阐述，即第一项 z表示单位重量流体的位置水头，第二项p/(ρg)表示单位重 量流体的压强水头，第三项V2/(2g)与前两项一样也具有长 度的量纲。它表示所研究流体由于具有速度V，在无阻力 的情况下，单位重量流体所能垂直上升的最大高度，称之 为速度水头。位置水头、压强水头和速度水头之和称为总 水头。由于它们都表示某一高度，所以可用几何图形表示 它们之间的关系，如图3-16所示。
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析工程流体力学是研究液体和气体在各种流动情况下的力学行为及其应用的学科。
泵和风机在工程中广泛应用于输送液体和气体，因此对泵和风机进行流体动力学分析非常重要。
本文将从泵和风机的工作原理、性能参数以及流体动力学分析方法等方面进行详细介绍。
一、泵的流体动力学分析1. 泵的工作原理泵是将功率能源转化为流体能量的装置。
泵的工作原理主要是通过旋转叶轮或转动密封体来增加流体的动能，从而使流体产生压力。
泵的工作过程可分为吸入、压缩和排出三个阶段。
2. 泵的性能参数泵的性能参数包括流量、扬程、效率和功率等。
流量是指泵单位时间内输送的流体体积，通常用升/秒或立方米/小时表示；扬程是流体在泵中被增压的高度，通常用米表示；效率是指泵将输入的功率转化为流体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是泵驱动所需的功率大小。
3. 泵的流体动力学分析方法泵的流体动力学分析方法包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析通过力学和能量原理来分析泵的工作过程，比如动量原理和能量守恒原理；定量分析则主要是通过数值计算和计算机模拟等方法来求解泵的性能参数；模型试验则是将泵放入实验设备中进行实际测试，得到泵的性能曲线。
二、风机的流体动力学分析1. 风机的工作原理风机是将机械能转化为风能的装置，主要用于输送气体。
风机的工作原理是通过叶轮的旋转来产生气流，并产生压力差。
气流从高压区域到低压区域流动，从而达到输送气体的目的。
2. 风机的性能参数风机的性能参数包括风量、风压、效率和功率等。
风量是指单位时间内通过风机的气体体积，通常用立方米/秒或立方米/小时表示；风压是风机产生的气体压力，通常用帕斯卡表示；效率是指风机将输入的机械能转化为气体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是驱动风机所需的功率大小。
3. 风机的流体动力学分析方法风机的流体动力学分析方法与泵类似，包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析主要包括动量原理和能量守恒原理的应用，以及通过流体力学方程求解风机的性能参数；定量分析则通过数值计算和计算机模拟来求解风机的性能参数；模型试验则是将风机放入实验设备中进行测试，得到风机的性能曲线。
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成正比的力 • 对于均质流体，质量力与体积成正比，又称体
积力 或超距力 • 质量力包括重力和惯性力 • 单位质量所受到的质量力称为单位质量力，用
f 表示 对于均质流体
• 单位质量重力 （X，Y，Z）=（0，0，g)
• 单位质量惯性力
§1.2 作用在流体上的力
数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方 程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范 围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 l 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。
六、流体力学的学习方法—参考建议
1. 认真听
懂
2. 课堂作业
3. 笔记
4. 作业
深化理解
§1.2 作用在流体上的力
三、粘滞性
• 流体具有流动性 • 流动性是流体受切力作用发生连续变形的性质 • 这种变形亦称为剪切变形
• 流体在流动状态下抵抗剪切变形的性质称为流 体的粘（滞）性
• 或者说流体内部质点间或流层间因相对运动而 产生内摩擦力（内力）以反抗相对运动的性质 称为流体的粘（滞）性
牛顿内摩擦定律
• 压强和切应力的单位：N/m2（Pa），kN/m2（kPa）
§1.3 流体的主要力学性质
一、惯性 • 惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质 • 表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为
g或kg • 单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3
或kg/m3
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3 • 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
➢ 水往低处流——司马光砸缸； ➢风平浪静，无风不起浪；微风吹拂，微波荡漾；大风
大浪；狂风大作，波浪滔天 ； ➢ 高尔夫球的粗糙表面； ➢汽车的形状进化 ； ➢足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ； ➢ 飞机之所以能起飞； ➢两张纸相吸的实验 ； ➢风案、船案-----“流体力学”断案。
认识的形象化、具体化 学以致用，善于利用，趋利避害。
3. 数值方法 数值研究的一般过程是：对流体力学数学方程作简化和数
值离散化，编制程序作数值计算，将计算结果与实验结果比较。
常用的方法有：有限差分法、有限元法、有限体积法、边界 元法、谱分析法等。
计算的内容包括：飞机、汽车、河道、桥梁、涡轮机等流 场计算；湍流、流动稳定性、非线性流动等数值模拟。大型工 程计算软件已成为研究工程流动问题的有力武器。
五、流体力学的研究方法
1. 理论方法
理论分析的一般过程是：建立力学模型，用物理学基 本定律推导流体力学数学方程，用数学方法求解方程，检 验和解释求解结果。
理论基础：1、质量守恒原理 2、能量守恒原理
3、动量定理
4、牛顿三大定律
理论分析结果能揭示流动的内在规律，具有普遍适用 性，但分析范围有限。
2. 实验方法 实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立模
40
992.2
1.128
1010
1000
990
( kg/m3 )
980
970
960
950 0
20 40 60 80 100 120
T (C)
• 物体反抗改变原有运动状态而作用于其他物体 上的反作用力称为惯性力
二、重力特性
• 地球对地球表面附近物体的引力称为重力。用 G表示。重力的大小称为重量
• G=mg • 重量的单位为N，kN • 1N=1㎏·m/s2 • 单位体积的重量是容重 γ=ρg
液体与气体的共同点： ➢ 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下 都会发生连续变形或流动，故二者统称为流体。
三、流体的特征
流动性 ----在任意微小剪切力作用下会发生连续变形的特性
流动性是区别流体和固体的基本力学特征，是便于用 管道、渠道进行输送，适宜作供热、供冷等工作介 质的主要原因。
四、生活中的流体力学：
二、表面力
• 表面力是作用在流体表面或截面上且与作用面的面积成 正比的力，表面力又称面积力或接触力
• 表面力包括压力和切力 • 作用于单位面积上的压力称为压强，以p表示
p P A
p lim P dP A0 A dA
• 作用于单位面积上的切力称为切应力，以τ表示
A
lim d
A0 A dA
第一部分
流体力学
第一章 绪论 第二章 流体静力学 第三章 一元流体动力学基础 第四章 流动阻力和能量损失 第五章 孔口管嘴管路流动 第六章 气体射流 第七章 不可压缩流体动力学基础 第八章 绕流运动 第九章 一元气体动力学基础 第十章 相似性原理和因次分析
第一章 绪 论
• §1.1 • §1.2 • §1.3 • §1.4
流体与固体的区别 ➢固体静止时既能承受压力，也能承受拉力与剪切力 ； ➢流体只能承受压力，一般不能承受拉力，任何一个 微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。
液体与气体的区别： ➢ 液体的流动性小于气体； ➢气体易于压缩；而液体难于压缩 ； ➢ 液体具有一定的体积，并取决于容器的形状， 存在一个自由液面；气体充满任何容器，而无 一定体积，不存在自由液面。
认识流体力学 作用在流体上的力 流体的主要力学性质 流体的力学模型
§1.1 认识流体力学
一、定义：研究流体在静止与运动状态下的力学规律 及其工程应用的学科（研究对象、内容及目的）
二、流体的定义：
具有流动性的物体是流体（即能够流动的物体）。
自然界物质存在的主要形态： 固态、液态和气态 液体和气体是流体
拟实验系统，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析 实验数据。
典型的流体力学实验有：风洞实验、水洞实验、水池实验等。 测量技术有：热线、激光测速；粒子图像、迹线测速；高速 摄影；全息照相；压力、密度测量等。 现代测量技术在计算机、光学和图像技术配合下，在提高空 间分辨率和实时测量方面已取得长足进步。 实验结果能反映工程中的实际流动规律，发现新现象，检验 理论结果等，但结果的普适性较差。
均质流体的密度
非均质流体的密度
• 水和空气的密度（一个标准大气压下）
温度
水
空气
Tபைடு நூலகம்
ρ
ρ
(℃)
（㎏/m3）
（㎏/m3）
0
999.9
1.293
5
1000.0
1.270
10
999.7
1.248
15
999.1
1.226
20
998.2
1.205
25
997.1
1.185
30
995.7
1.165
35
994.1
1.146