1、一、教学课题：第一章 流体流动 第三节 流体动力学二、教学目的：通过学习，掌握实际流体定常流动时的机械能能恒算，掌握不同衡算基准不同的衡算式，即柏努利方程主要应用在哪些地方以及在实际生产中柏努利方程应注意的事项？三、课时：2h，第 8 次 第 9 周 10.31 日 星期三 C24（3.4 节）第 8 次 第 9 周 11.1 日星期四 C23（1.2 节）四、课型：新课五、教具：白板笔、多媒体、激光笔六、教学重点：实际流体定常流动时的机械能能恒算，不同衡算基准不同的衡算式、实际生产中柏努利方程应注意事项教学难点：实际流体定常流动时的机械能能恒算，不同衡算基准不同衡算式、 七、教学方法和手段：
2、主要以讲授为主，图表教学为辅八、主要内容：同学们好！通过学习我们了解到第一章 第三节 流体动力学中的能量衡算是流体流动这一章的重点，上次课我们学习了理想流体定常流动时的机械能衡算，同学们来回忆下理想流体伯努利方程的各种形式。 gpuZgpuZ22121 22121gg22121 pupug单 位 质 量 流 体 为 衡 算基 准 ， J/kg单 位 重 量 流 体 为 衡 算基 准 ， J/N=m单 位 体 积 流 体 为 衡 算基 准 ， J/m3=Pa今天请同学们翻到教材 30 页，我们共同来学习在化工生产生产中实际流体定常流动过程的机械能衡算柏努利方程。本次主要解决实际流体定常流动时的机
3、械能能恒算（到底什么是柏努力方程？柏努利方程主要应用在哪些地方？以及柏努利方程应注意哪些。同学们，我们知道工程实际问题中遇到的都是实际流体，即流体具有粘性，在流动过程中要克服各种阻力，使一部分机械能转变为热能而无法利用，这部分损失掉的机械能称为阻力损失。令 1kg 流体在通道的两截面间做定常流动的阻力损失用 表示，其单位为 J/kg。1kg 流体流经输送机械获得的机械能用 We 表示，其单位为 J/kg。 因此，在不可压缩的实际流体定常流动的管路系统(如图)中，按机械能守恒，应有 机械能的输入=机械能的输出机械能损失 任意两截面间的机械能衡算式。为 fhfhpugZWepugZ22121（1-
4、30） 上式称为扩展了的不可压缩流体的柏努利方程。 (1)式 1-30 表示理想流体在管道内作定态流动而又没有外功加入时，在任一截面上单位质量流体所具有的位能、动能、静压能之和为一常数，称为总机械能，以 E 表示，其单位为 J/kg。常数意味着 1kg 理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，而每一种形式的机械能不一定相等，但各种形式的机械能可以相互转换。例如，某种理想流体在水平管道中定态流动，若在某处管道的截面积缩小时，则流速增加，因总机械能为常数，静压能就要相应降低，即一部分静压能转变为动能；反之，当另一处管道的截面积增大时，流速减小，动能减小，则静压能增加。因此，式 1-24 也表示了理
5、想流体流动过程中各种形式的机械能相互转换的数量关系。 (2)式 1-30a 中各项单位为 Jkg,表示单位质量流体所具有的能量。应注意gZ、 2u、 p与 We、 fh的区别。前三项是指在某截面上流体本身所具有的能量，后两项是指流体在两截面之间所获得和所消耗的能量。式中 We是输送设备对单位质量流体所作的有效功，是决定流体输送设备的重要数据。单位时间输送设备所作的有效功称为有效功率，以 Ne表示，即Ne =Wews (1-25)式中 ws 为流体的质量流量，所以 Ne的单位为 Js 或 W。(3)对于可压缩流体的流动，若所取系统两截面间的绝对压强变化小于原来绝对压强的 20(即 13p20)时
6、，仍可用式 1-30 与 1-24 进行计算，但此时式中的流体密度 应以两截面间流体的平均密度 m来代替。这种处理方法所导致的误差，在工程计算上是允许的。对于非定态流动系统的任一瞬间，柏努利方程式仍成立。(4)如果系统里的流体是静止的，则 u=0；没有运动，自然没有阻力，即fh=0；由于流体保持静止状态，也就不会有外功加入，即 We=0，于是式 1-30a 变成 gZ1 + p=gZ2+ 上式与流体静力学基本方程式无异。由此可见，柏努利方程式除表示流体的流动规律外，还表示了流体静止状态的规律，而流体的静止状态只不过是流动状态的一种特殊形式。(5)如果流体的衡算基准不同，式 1-30a 可写成不
7、同形式。以单位重量流体为衡算基准。将式 1-30a 各项除以 g，则得gpuZ121+We= 2Z+ gu+p2+hf令 H e= Hf=hf则 gpuZ121+He= 2Z+ gu+p2+ Hf (1-30b)上式各项的单位为MnNsmk/*2m，表示单位重量的流体所具有的能量。各项单位还可简化为 m。m 虽是一个长度单位，但在这里却反映了一定物理意义，它表示单位重量流体所具有的机械能可以把自身从基准水平面升举的高度。常把 Z、 gu2、p与 Hf 分别称为位压头、动尽头、静压头与压头损失，H e 则称为输送设备对流体所提供的有效压头。以单位体积流体为衡算基准。将式 1-30a 各项乘以流体
8、密度 ，则 Zl g+ 21u +p1+We= Z2g+2u+p 2+ fh (1-30c)上式各项的单位为23/*mNkg=Pa，表示单位体积流体所具有的能量，简化后即为压强的单位。同学们，对于采用不同衡算基准的柏努利方程式 1-30b 与式 1-30c，对后面的“流体输送设备”章的计算很重要。所以这里一定要打好基础，为以后的如何计算泵的功率、效率作铺垫。二、柏努利方程讨论：适用条件：稳态流动；不可压缩物理意义：在任一流动截面上单位质量流体的总机械能守恒，而每一种形式的机械能不一定相等，可以相互转换。柏努利方程讨论当不流动u=0，则 ， 且无外加功We=0则 故静力学方程是柏努利方程的一种特
9、殊形式三、柏努利方程式的应用 （1）确定流体的流量（2）确定容器间的相对位置（3）确定输送设备的有效功率（4）管道内流体的内压强及压强计的指示（5）流向的判断 例 1-13（计算流量）当流体处于静止状态无外功时，柏努利方程则变为流体静力学方程式。一敞口高位液槽，其液面距输液管出口的垂直距离为 6m，液面维持恒定。输液管为 65mm（2in)的镀锌焊接钢管（普通管），流动过程的阻力损失为 5.6 液柱，液体的密度为 1100kg/m3，试求输液量，m3/h。 一列柏努利方程得流速 u 流速乘横截面积即得流量例 1-17（确定输送设备的有效功率）有一用水吸收混合气中氨的常压逆流吸收塔，水由水池用离
10、心泵送至塔顶经喷头喷出。泵入口管为 1084 无缝钢管，管中流量为 40m3/h，出口管为893.5 无缝钢管。池内水深为 2m，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为20m。管路的总阻力损失为 40J/kg，喷头入口处的压强为 120kPa（表压）。设泵的效率为 65%。试求泵所需的功率（kW）。说明： 功率的计算有效功率 Ne：流体由机械传输得到的实际功率轴功率 N：机械锁输出的功例题总结：四、应用柏努利方程式解题要点1)作图与确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方向。定出上、下游截面，以明确流动系统的衡算范围。2)截面的选取 两截面均应与流动方向相垂直，并且在两截面间的
11、流体必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面之间，且截面上的 Z、u、p 等有关物理量，除所需求取的未知量外，都应该是已知的或能通过其它关系计算出来。 两截面上的 u、p、Z 与两截面间的 fH都应相互对应一致。3)基准水平面的选取 选取基准水平面的目的是为了确定流体位能的大小，实际上在柏努利方程式中所反映的是位能差(ZZ 2Z 1)的数值。所以，基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。Z 值是指截面中心点与基准水平面间的垂直距离。为了计算方便，通常取基准水平面通过衡算范围的两个截面中的任一个截面。如该截面与地面平行，则基准水平面与该截面重合，Z=0；如衡算系统为水平管道，则基准水平面
12、通过管道的中心线， Z=0。4)两截面上的压强 两截面的压强除要求单位一致外，还要求表示方法一致。从柏努利方程式的推导过程得知，式中两截面的压强应为绝对压强，但由于式中所反映的是压强差(pp 2-p1)的数值，且绝对压强二大气压强十表压强，因此两截面的压强也可以同时用表压强来表示。5)单位必须一致 在用柏努利方程式之前，应把有关物理量换算成一致的单位，然后进行计算。小结 1、实际流体柏努利方程不同衡算基准的表达式 2、柏努利方程应用的各个方面九、作业 P69、70 1-9 1-10十、教后记1、例 1-17（确定输送设备的有效功率）很有代表性，注意详细讲解，并努力使每一位同学都能弄懂；2、应用柏努利方程式解题要点：1)作图与确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方向。2)截面的选取：两截面均应与流动方向相垂直，并且在两截面间的流体必须是连续的。3)基准水平面的选取 选取基准水平面的目的是为了确定流体位能的大小，实际上在柏努利方程式中所反映的是位能差(ZZ 2Z 1)的数值。4)两截面上的压强：两截面的压强除要求单位一致外，还要求表示方法一致。5)单位必须一致 在用柏努利方程式之前，应把有关物理量换算成一致的单位，然后进行计算。做题时要注意以上几点才能弄清弄懂才能做到得心应手。
