1、提出问题?,输送流体为1at的苯，等于?m苯液柱（苯的密度880 kg/m3）,p=gh,1、流体的连续性假设： 假设流体是由大量质点组成、彼此没有空隙、 完全充满所占空间的连续介质。,判断正误,2、测量某点压力时，必须选择合适的测压方位；,3、表压越大，绝对压力越大；真空度越大，绝对压力也越大。,提出问题?,4、不可压缩流体，体积压缩性系数V =0,* 流体静力学方程式(三种形式),流体静力学方程表明,* 静止流体具有两种形式的势能-静压能和位能 * 在不同截面上，静压能和位能之和(总势能)保持不变。 * 各截面上，两种形式的能量可相互转化。,p /g：静压头 z：位头 各种形式单位不同，均
2、表示单位流体所具有的能量,静力学方程几种不同形式的意义,流体具有的能量形式内能机械能 动能势能 位能静压能,U 形压差计-垂直、倾斜、变径管道中的测压公式,静力学方程,思考题?,水平等径管,倾斜等径管,水平变径管,倾斜变径管,写出质量流速的数学表达式？ 空气在管道中稳态流动，进、出口处温度压力分别为T1、P1，T2、P2，进口处质量流速为120 kg/m2h，问进、出口处的质量流量、体积流量、平均流速、质量流速是否相等？,思考题?,1.3 流体动力学 研究：流体在外力作用下的流动规律。 本节研究：流速、压强等运动参数的变化规律导出：运动流体的守恒定律形式,质量守恒-连续性方程 能量守恒-机械能
3、衡算方程,1-3-1 流体运动的描述1、流场： 液体流动的空间范围。,2、流量- 体积流量 qV，m3/s、m3/h 质量流量 qm ，kg/s 、kg/h两者关系：,问题：区别通量和流量通量：kg / m2s 、m3/ m2s,3、流速点流速平均流速 质量流速,三种流速的使用场合： 点流速：研究速度分布平均流速：流体流动计算质量流速G：可压缩性流体（气体）计算书P18 例1.5.1结论： 不同截面：气体(可压缩流体)的 qV、u、随压力和温度变化，但质量流速不变，方便计算。,2、稳态流动 指：流场中的流动参数，和空间位置有关，和时间无关即：,1、非稳态流动指：流场中的流动参数，和空间位置、时
4、间有关。即：,3、上例变稳态流动的措施溢流装置,1-3-2 稳态流动与非稳态流动,4、如何看待两种流动基本规律相同，但计算方法不同；生产中，采用稳态过程，可实现连续化生产。,提出问题?,是否稳态流动?,方程的导出： 1、选择控制体 2、流动系统中质量衡算 衡算基准：1kg的流体 输入质量流量 - 输出质量流量 = 质量累积速率,1-3-3 连续性方程即流体流动中的质量守恒规律,圆管：,几点说明：1、连续性方程，反映各截面上 u-d 的关系；设计管路时，可先选择适宜的 u，再确定 d；计算管路时，d 容易测定，再计算 u。,稳态流动时连续性方程：,简化,3、方程适用条件连续、稳态流动的流体，与管
5、路及设备安排无关。,2）分支管路,3）并联管路,2、稳态流动，几种管路中连续性方程1）变径管路（串联）,1-3-4 总能量衡算方程（P24）目的：推导实际流体的机械能衡算方程,2、分析流体(控制体)能量1）流体本身所携带能量内能机械能 动能势能 静压能和位能2）流体直接与环境交换的能量 热（换热器、机械能转化等，流体吸热为正）功（输送设备对流体做功、流体通过水利机械等对外做功，以流体接受功为为正）,1、选择控制体 前提：稳态流动,3、总能量衡算（流动系统中，热力学N01定律）对于封闭、稳态流动的系统： 代入各项能量：,即：稳流系统的总能量衡算方程,1-3-5 总机械能衡算方程对单位质量(1kg
6、)流体作能量衡算：,内能增加 = 系统吸收热量 - 系统对外作体积功,系统吸收热量 = 外界向系统提供热量 + 克服流动阻力消耗机械能,即：稳态流动时，实际流体机械能衡算方程对不可压缩流体，,实际流体机械能衡算方程（P24）,对方程的几点讨论： 1、本质* 任意流动截面上，流体本身机械能与外加功、阻力损失的关系。* 用能过程是能量降级或变质过程（机械能永久损失）,2、公式适用条件适用： 提示：,问题：1）非稳态流动流体，如何用方程,重力场中，连续、稳态流动的不可压缩流体。,稳态流动，可用连续性方程解题。,在微分时间内用总机械能衡算方程， 再积分求解。,* 若变化不大 (p1+p2)/220%)
7、，按不可压缩处理* 若变化大, 按照比体积-压力关系积分(等温, 绝热, 多变)处理(见书P62),2）可压缩流体，如何处理,3、机械能衡算方程的三种形式,物理意义：流体自身从基准面升举的高度，多用于液体，且有输送设备的系统。,主要用于：气体输送设备，即风机的计算。,位头 静压头 动压头 扬程 （速度头）,（1）静止流体-静力学方程式,静止流体，各截面势能守恒 （2）理想流体-柏努利方程式指：无阻力损失的流体,理想流体，各截面机械能守衡 结论：各方程一致，有各自的适用范围及解决问题。,4、两种特例,（1）理想流体的动量守恒定律（推导见P19） （2）适用条件重力场中、连续、稳态流动的不可压缩的
8、 理想流体 （3）方程意义表明不同流动截面间，流体具有的三种机械能之间的转化关系，使流动问题简化。,关于柏努利方程式,柏努利方程,能量转换,文丘里管（文氏管）,柏努利方程的应用,qv=u1S1=u2S2,静压能 动能,柏努利方程,能量转换,柏努利方程的应用,ps = po+ uo/2,为何乒乓球掉不下来？ 为何纸向中间靠拢呢？,27,题3,地铁，火车疾驰而过的时候，一定不要离得太近。,28,上旋球,升力,船吸现象,29,香蕉球,虹吸现象：利用曲管将液体经过高出液面的地方引向低处的现象,30,虹吸鱼缸换水,虹吸式马桶,1、液面差； 2、管内先装满液体； 3、越过高的障碍物； 4、无需动力。,为什
9、么有液面差，水才会流出?,在1-1和 0-0面间列伯努利方程,可得：,位能 动能,31,为什么水能从低处向高处流?,在1-1 和2-2面间列伯努利方程,可得：,静压能 位能+动能,32,虹吸管的高度极限?,33,虹吸管口最低极限?,在2-2和 0-0面间列伯努利方程,可得：,34,柏努利方程,能量转换,1、设理想流体，分析管内各点流体的压力2、理想流体，是否能够 h? 3、面6-6垂直移动，对流速影响？4、水是否可以从 低处高处、低压高压 流动? 5、判断流体流动方向的依据?各截面上流体总机械能的大小,虹吸管（虹吸现象）,伯努利方程的局限性,不能用于计算流动在某一瞬时、开始时刻或停止时刻的状态
10、或者变化。 在细长管道、流动线路有分叉、径流分离状况中，摩擦力不能忽略。 管道中不能有阀门。,36,意义 过程加入热量不影响机械能衡算 R部分机械能转换内能（热能），不能用于驱动流体（有效能损失），实际流体具有的机械能不守恒（而总能量守恒） 用能过程是能量降级或变质过程（机械能永久损失） 流体具有的三种形式机械能可相互转换，We也可转换为流体的机械能,实际流体的机械能衡算方程,DUT,38,阀门关闭时,DUT,39,1,2,3,4,5,阀门开启时,实际流体的能量分布,40,压力分布和能量转换理想流体实际流体,实际流体-必须考虑阻力损失,机械能衡算方程几种表达形式及意义,压力头损失,41,1.3
11、.6 实际流体机械能衡算方程的应用,1. 应用 高度 压力 流速 阻力 外界输入功率,2.使用方法 （1）做流程图，指明流动方向；（2）选取适当截面，确定衡算范围。,两类截面的选择 A、选取基准面 目的：确定流体高度z，计算位能z：截面中心线至基准面的垂直距离原则： 常用：,可任选，以方便为主 使 z为正值，方便计算,上、下游截面中的一个 如：水平管道中，可选取轴心线或选择相对最低的水平面,两类截面的选择 B、建立方程的截面（上、下游截面） 与流体流动方向垂直 保证两截面间流体，做稳态连续流动 截面选取不唯一，以两截面间含最多已知量，计算方便为准。 三种截面：,泵前两截面：0-0，1-1,泵后
12、两截面：2-2，3-3,在泵两侧截面：1-1，2-2,问题：计算泵外加功时，如何选取上下游截面,关于 p：（1）分清表压、绝压（2）应用静力学方程（3）应用理想气体状态方程（4）通大气的截面，p为大气压,关于 u： 大截面,（3）分析已知量，求解未知量注意：方程两边对应项要单位一致，统一基准,管口流速 管口内管口外,连续性方程的应用：u1S1=u2S2 取平均流速算动能，工程误差不大(严格点流速，书P23 ),动能因子单位质量动能：u2/2 质量：uds总动能： (u3/2)ds,平均速度：,单位质量平均动能：,取平均流速工程误差不大(严格讲为点流速，书P23 ),二、机械能衡算方程的应用实例
13、用途：求流动参数(p,u,z)、外加功、阻力损失 认真学习例 1.5.2 （书 P26）补充概念：1、泵的有效功率Pe：,2、轴功率P (Ps)指：电机供给泵轴的功率轴功率 = 有效功率 + 泵内机械能损失 3、泵的效率,题1：,图 E3.4 从注射器喷出的水流,思考题？,注：填入大、小、零,49,题2,水从水压为400 kPa的水管中流出。如果将水管竖起来，喷出来的水最高可以喷到多少米？,50,作业：P76 8, 10，11，12,51,连续性方程-意义、公式即流体流动中的质量守恒规律,提出问题?,柏努利方程-意义、公式,理想流体-具有的三种形式机械能守恒，可以相互转化,柏努利方程,能量转换,虹吸管（虹吸现象）,条件： 1、开始时，管中需充满液体为保证流体流动连续性 2、1-1面高于6-6面克服流动阻力，提供动能例1-5-3 (书 P 26)目的：用实际流体机械能衡算方程，解释能量间转换关系,1-2-4柏努利方程,能量转换,理想流体与实际流体，压力分布和能量转换的区别,提出问题?,理想流体-三种形式机械能相互转化,实际流体-必须考虑阻力损失和外加功,
