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最新11流体力学基础知识


也可以按照刚才的做法化简,得到:
很明显,其中
是静压力,
而其中的
则称作动压力
动压力具有方向性,其方向和速度方向相同。
静压力和东压力的和称作全压力。
伯努利方程应用举例:毕托管测流速
五、流动阻力损失
在制冷与空调系统中,制冷剂、空调用水 及空气在管道中流动时,都会受到流动阻 力作用。流体克服流动阻力运动必然有部 分机械能转换为热能耗散掉,产生能量损 失。这些能量损失会明显的降低设备的效 率。在设计制冷与空调系统的各种管路和 选择泵与风机时,必须考虑各种流动阻力 产生的能量损失。
(一)、一元稳定流动 有关一元稳定流动的相关概念作为了解性内容
由同学们自己学习了解。需要强调的是: 流量和平均流速
单位时间内流过过流截面的流体量称作流量。 分质量流量qm和体积流量qV。
由于流体具有粘滞性,过流截面上各点流速大 小一般不等,工程上为简化计算,引入平均流速的 概念。体积流量qV,截面面积A,平均流速ω之间 的关系为:
狂风可以吹倒大树,洪水可以冲垮房屋,说明告 诉流动的流体可以对阻碍物产生巨大的作用力。
如果对流体种向这阻碍物冲过去的一个分子的运 动情况进行分析,发现其速度在与阻碍物接触后 会明显的减小甚至于静止下来,而与此同时,巨 大的压力产生了。
将盛满谁的桶底部钻一
个洞,会有水流喷出,
测量其压力,发现小于
质量流量与体积流量的关系是:
(二)、伯努利方程
伯努利方程的本质是一个能量方程,列出 这个方程的基础是机械能守恒定律。
对于理想流体,由于没有粘滞阻力损失, 所以在流动过程中应当满足机械能守恒, 即动能和势能的总和不变。对于流体来说, 其中的动能部分自然和流体的流速有关, 而势能部分则和流体的静压力有关。
*水泵的安装高度问题
水泵有高于水面,平于水面,和低于水面三种安 装方式。其中平于水面和低于水面的水泵需要用 密封良好的电动机拖动,代价较昂贵,而高于水 面的水泵既可以用一般电动机拖动也可以用汽油 机或者柴油机拖动,所以使用较为广泛。
泵的气蚀: 当泵的位置高于水面的时候,水从水面上升到泵 的过程中由于位置的升高和向动压的转化,水的 静压力会减小,低压下水极易汽化,水中溶解的 其他气体也会分离出来形成气泡,这些气泡进入 水泵高压区后将消失,因此在水流过水泵的过程 中会对水泵内部的零件造成冲击和腐蚀。破坏泵 内构件,这种现象叫做泵的气蚀。水泵安装的位 置越高,气蚀现象就越严重
沿程损失hf与平均流速ω关系可表示为:
对于层流m=1,对于湍流m=1.75~2.0。很 显然,湍流状态的损失要大的多,因此在 成本允许的情况下,输送管道要尽量粗一 些,保证以层流的形态进行输送。
(三)、影响流动阻力损失大小的 因素
流体的沿程阻力损失跟管道长度成正比; 跟平均流动速度的平方成正比,跟管径大 小成反比。
11流体力学基础知识
一、流体的主要物理性质
(一)密度和比体积 单位体积物质具有的质量,称为该物质的密度,用希
腊字母ρ表示。
密度的倒数称为比体积,也叫做比容,用字母v表示, 含义是单位质量物质所占的空间体积。
(二)重度 单位体积物质具有的重量称作重度,用希腊字母γ表示
重度与密度的关系为: γ= ρg
同等高度的桶的内部。
显然,流体的静压力转
变为流体的速度了。
结论: 流体的静压力和流体的速度可以在一定
条件下相互转化,这种转化是基于机械能 守恒条件下,势能和动能之间的转化。 1. 动能与势能转化满足
2. p0=0时静压力 p=ρgh 将方程1等式两边消去m,再乘以ρ得到:
实际上,同学们高中学习物理的机械能守恒定律 的方程表达式:
整个管道的能量损失应该分段计算沿 程损失和局部损失,再进行叠加。
(二)、流体的两种流态及其对能 量损失的影响
流动阻力及能量损失既与流动的外部边界 条件(如管壁)的情况有关,还与流体自身的 流动状态有关。流动状态主要可划分为层 流和湍流(或称紊流)两种。
工程上一般使用雷诺数判断流体流态,当 雷诺数大于2000时认为时湍流状态,小于 2000时认为时层流状态。
六、泵与风机
有关离心式水泵的结构和工作原理的内容在 高中物理中已经有讲授,这里不在赘述。需 要注意的是离心式泵与风机是中心进入边沿 流出,离心式水泵开机前要将机壳中注满水。
水泵和风机在工程中是一种能量转换装置, 它消耗原动机的能量,提高流体的全压力。
泵与风机的主要性能参数:流量、扬程和压 头、功率、效率、转速请同学们自行了解。
流体的局部阻力损失跟平均流动速度的平 方成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ然,流体的流动阻力损失还跟流体本身 的粘滞性和管道跟局部构件的粗糙程度有 关系。
(四)减少流动阻力损失的措施
减少沿程阻力 1.设计时尽量减少管程; 2.采取更粗的管道;(会增加成本) 减少局部阻力 1.进口处理,流线型最佳; 2.用渐扩和渐缩代替突然的扩大和缩小; 3.减少转弯,转弯处用圆弧代替直角,加装导流叶片; 4.改善三通的性能; 5.管件的布置与衔接更合理,管道与泵和风机的连接要合理 采用更光滑的管道 在流体种加入少量添加剂改善流体粘滞性
2.局部阻力和局部损失
管道中的弯头、三通、阀件和过流截
面有变化(例如管径突然增大或者缩小) 时的连接件等统称为管道局部构件。流体 流经管道局部构件时,由于构件边壁的阻 碍或扰动作用及流体自身的惯性,将发生 撞击、旋涡等现象,流速的大小和方向会 有急剧的改变,形成较大的流动阻力,称 为局部阻力。局部阻力造成的能量损失比 较集中。为克服局部阻力而消耗的单位重 量流体的机械能,称为局部损失,用hj表示。
由于动能和势能在一定条件下可以相互转 化,所以对应的,流体的流动速度和流体 的静压力也可以按照一定条件进行相互转 化,同时可以建立等量关系,列出相应的 方程。
*动压力、静压力和全压力
在液体内部取一个边长很小的立方体分析其六面 受力情况。显然,对于静止的流体,六个面受力 相等,但是对于向一定方向稳定流动的流体,迎 着流动方向一面受力要大于其他五个面。
(一)、流动阻力及能量损失的两 种形式
1.沿程阻力和沿程损失
流体在直管中流动时,由于流体的粘 滞性和管壁对流体的阻滞作用所受的摩擦 阻力,称为沿程阻力。为了克服沿程阻力 而消耗的单位重量的流体机械能,称为沿 程损失,用hf表示。沿程损失分布在整个管 段的全程,与管段的长度成正比,所以也 称为长度损失,或称摩擦阻力。
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