流體力學(xué)基礎(chǔ)知識.doc

流體力學(xué)基礎(chǔ)知識1、 什么是流體？什么是可壓縮流體與不可壓縮流體？一切物質(zhì)都是由分子組成的。在相同的體積中，氣體和液體的分子數(shù)目要比固體少得多，分子間的空隙就比較大，因此，分子之間的內(nèi)聚力小，分子運動劇烈。這就決定了氣體和液體不能保持固定的形狀而具有流動性，所以，我們稱氣體和液體為流體。在一定溫度下，流體的體積隨壓力升高而縮小的性質(zhì)，稱為流體的可壓縮性。流體壓縮性的大小用壓縮系數(shù)K表示。它的意義是當(dāng)溫度不變時，單位壓力增量所引起流體體積的相對縮小量。液體的壓縮系數(shù)很小，故一般稱液體為不可壓縮流體。溫度與壓力的改變，對氣體體積影響很大。由熱力學(xué)可知，當(dāng)溫度不變時，氣體的體積與壓力成反比，即壓力增加一倍，體積縮小為原來的一半。由于壓力變化對氣體體積影響明顯，故一般稱氣體為可壓縮流體。2、 什么是流體的粘性與粘度（粘性系數(shù)）？當(dāng)流體運動時，在流體層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力具有阻礙流體運動的性質(zhì)，故將這一特性稱為流體的粘性，將內(nèi)磨擦力稱為粘性力。粘性是流體運動時間生能量損失的根本原因。液體的粘性大小，用粘度（粘性系數(shù)）表示。粘度有動力粘度與運動粘度兩種。所謂動力粘度是指流體單位面積上的粘性力與垂直于運動方向上的速度變化率的比值。3、 流體粘性大小與哪些因素有關(guān)？流體粘性的大小，不僅與流體的種類有關(guān)，且隨流體的壓力和溫度的改變而變化。由于壓力改變對流體粘性影響很小，一般可忽略不計。溫度是影響粘性的主要因素。溫度對粘度的影響，對液體和氣體是截然不同的。溫度升高時，液體的粘度迅速降低，而氣體的粘度則隨之升高。這主要是因為，液體的粘性力主要是由于分子間吸引力造成的，當(dāng)溫度升高時，分子距離加大，引力減小，使粘性力減弱，粘度降低。氣體的粘性力主要是由氣體內(nèi)部分子運動引起的分子摻混、碰撞而產(chǎn)生的，溫度升高，分子運動的速度加快，層間分子摻混、碰撞機會增多，使具有不同速度的氣體層間的質(zhì)量與動量交換加劇。所以，粘性力加大，粘度升高。液體粘度隨溫度升高而降低的特性，對電廠燃料油的輸送與霧化是有利的。因此，鍋爐燃油在進入鍋爐前要加熱到一定溫度以降低其粘度。但這一特性對潤滑油不太有利。因為溫度升高使粘度降低，會妨礙潤滑油膜的形成，引起軸承溫度升高，甚至?xí)龎妮S瓦。因此，一般要控制軸承溫度不超過65。4、 工業(yè)實用流體的粘度是如何測定的？工業(yè)實用流體用粘度計來測定其粘度。粘度計有許多種，目前我是多采用恩格爾粘度計，使用方法較簡單，測定時先測出在一定溫度（一般潤滑油為50，燃油為80）下，從恩格爾粘度計的孔口中流出200cm3的液體所需的時間t,再測出20同體積的蒸餾水流出的時間t0，t與t0的比值稱為恩格爾粘度，簡稱恩氏粘度，以Et表示，下角標t表示測定時的溫度（）。5、 什么叫流速？什么叫流量？流體運動的速度稱為流速。實際流體在管道中流動時，由于流體本身的內(nèi)磨擦力及流體與管壁之間的磨擦力，使流體質(zhì)點在管道各處的流速是不一樣的，即沿管壁流速最低，管中心流速最高。通常工程上計算流速時，都是采用平均流速。在鍋爐上，還常應(yīng)用質(zhì)量流速的概念。所謂質(zhì)量流速，是指單位時間通過單位流通截面的流體質(zhì)量。單位時間通過單位流通截面的流體量稱為流體流量，簡稱為流量。流量又有體積流量和質(zhì)量流量之分。6、 什么是液體靜壓力？液體某點的靜壓力如何計算？靜止液體內(nèi)任一點承受的壓力，稱為該點處液體的靜壓力。液體某一點的靜壓力等于液體表面上的壓力加上該點距離液面深度的重位壓頭。7、 運動著的流體具有哪幾部分能量？穩(wěn)定運動的流體，因其具有質(zhì)量、壓力、運動速度、所處位置相對高度，使其具有三種能量：壓力能、動能、位能。8、 什么是伯努里方程式？伯努里方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式。單位質(zhì)量的理想流體在流動過程中，位能、壓力能和動能之和守恒。伯努里方程式可以確定流體在不同斷面時的參數(shù)關(guān)系，在工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用。像實際使用的皮托管、文丘利管、U形差壓計等，都是以該方程為理論基礎(chǔ)的。9、 什么叫連通器？連通器原理在工程上有何用途？所謂連通器，是液面以下相互連通的兩個或幾個容器。盛有相同液體、液面上壓力相等的連通器，其液面高度相等。（1） 連通器盛有相同液體，但液面上壓力不等，則液面的壓力差等于連通器兩容器液面高差所產(chǎn)生的壓差。（2） 連通器液面上壓力相等，但兩側(cè)有互不相混的不同液體，自分界面起兩液面之高度與液體密度成反比。連通器原理在工程上有著廣泛的應(yīng)用。如各種液面計（水位計、油位計等），水銀真空計，液柱式風(fēng)壓表，差壓計等，都是應(yīng)用連通器原理制成的。10、 鍋爐汽包水位計指示的水位與汽包內(nèi)實際水位一致嗎？汽包和水位計可作一連通器，連通器兩液面上壓力相等。但由于水位計本身及水連通管的散熱，使水們計中的水與汽包內(nèi)的鍋水相比，溫度低、密度大，所以水位計指示的水位要比汽包內(nèi)實際水位低。11、什么是紊流與層流？鍋爐中常遇到哪些形式的流動？流體在運動過程中，各質(zhì)點完全沿著管軸方向直線運動，質(zhì)點之間互不摻混、互不干擾的流動狀態(tài)稱為層狀流動，簡稱層流。若運動著的質(zhì)點不僅沿著管軸方向的直線運動，還伴有橫向擾動，質(zhì)點之間彼此混雜，流線雜亂無章，這種流動狀態(tài)稱為紊流。鍋爐中，實際流體（如水，蒸汽，煙氣，空氣等）的流動狀態(tài)幾乎都是紊流，只有粘性較大的液體（重油，潤滑油）在低速流動中才會出現(xiàn)層狀流動。液體的流動狀態(tài)，在不同場合會有不同的利與弊。如流體為紊流狀態(tài)時，由于分子間擾動強烈，對增強傳熱有利。但由于是紊流，必然要增大流動陰力而增加能量損失。12、什么是雷諾數(shù)？雷諾數(shù)有何實用意義？流體的流動狀態(tài)屬于層流或紊流，在一些實驗裝置中可以直觀地看出。但實際上流體在管道中的流動狀態(tài)，是無法靠直觀來叛別的。雷諾通過長期試驗研究，發(fā)現(xiàn)流體的流動狀態(tài)與流速、管道直徑和流體運動粘性等因素有關(guān)，并總結(jié)出判斷流體狀態(tài)的數(shù)值，稱為雷諾數(shù)。因此，雷諾數(shù)是用來判斷流體流動狀態(tài)的標準。用Re表示。對一般無擾動因素的直管段來說，當(dāng)雷諾數(shù)Re（30004000）時，流動狀態(tài)為紊流。13、什么是流動阻力與損失？實際流體在流動過程中，其總能量是沿著流動方向逐漸減小。這是由于流體本身具有粘性，流動時有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生；流道邊界不可能完全光滑，也要產(chǎn)生摩擦力；同時流動過程中還會有流道的形狀、流動方向的變化與其它障礙，這些都會使流體在流動過程中受到阻力。這種阻力稱水力阻力或流動阻力。流體流動就需克服這些阻力，從而使一部分能量轉(zhuǎn)化為不能做功的熱能而損失掉，使流體總量沿流程逐漸減小。這種由流動阻力所引起的能量損失稱為阻力損失。14、流體流動阻力有哪幾種形式？（1） 沒程阻力 粘性流體流動時，流體層間內(nèi)磨擦力及流體與流道壁面的磨擦力總是阻滯流體前進，這種沿流程出現(xiàn)的磨擦阻力稱為沿程阻力。流體克服沿和阻力而損失的一部分能量，稱為沿程阻力。（2） 局部阻力 流體的流道中會有閥門、擋板、彎頭、三通等裝置及流通截面突然變化等情況。流體流經(jīng)這些局部位置時，流速將重新分布，流體質(zhì)點殖民地質(zhì)點之間因慣性而發(fā)生碰撞、產(chǎn)生旋渦等情況，使流體流動受到阻礙。這種阻礙發(fā)生在局部區(qū)段，故稱局部阻力。流體為克服局部阻力而損失的能量，稱為局部損失。另外，在鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)中，還需要考慮流體橫向沖刷管束時的阻力。因為煙氣（空氣）橫向流過受熱面管束時，會與管壁產(chǎn)生磨擦以及沿管子繞流，使流體了生渦流而產(chǎn)生阻力。這種橫向沖刷管束時的阻力，實質(zhì)上是磨擦力與局部阻力的綜合。在鍋爐通風(fēng)計算時應(yīng)單獨考慮這種阻力。15、沿程阻力如何計算？流體沿程阻力損失的大小，與管道長度、管壁粗糙程度、流體流動狀態(tài)及粘性等因素有關(guān)。單位質(zhì)量流體沿程損失稱為沿程水頭損失，單位體積流體的沿程損失稱為沿程壓力損失。16、局部阻力損失如何計算？局部阻力損失的大小，與引起局部阻力的原因（即裝置情況及流體流速）有關(guān)。與沿程阻力一樣，局部阻力也有局部水頭損失、局部壓力損失之分。17、怎樣計算輸水管道的壓力損失？計算管道的壓力損失，需要綜合計算其沿程阻力和局部阻力。為了計算方便，要把管道系統(tǒng)分成若干段，每一段按一個不變的直徑和不變的流量計算其壓力損失，然后將各段計算結(jié)果疊加，得出整個系統(tǒng)的壓力損失。18、怎樣計算蒸汽管道的壓力損失？蒸汽管道壓力損失與輸水管道壓力損失的計算方法是一樣的。19、如何減小管道的壓力損失？（1）選用合理的工質(zhì)流速。從流體阻力損失計算中可知，不論是沿程阻力或局部阻力，都與流速平方成正比，流速高，壓力損失大。但流速低，耗用金屬材料多。所以，必須經(jīng)過經(jīng)濟比較，選用合理的工質(zhì)流速。2 盡可能減少管道中的連接件和附件。在汽、水管道系統(tǒng)中，為了便于調(diào)節(jié)、切換和事故處理，需設(shè)置必要的閥門、彎頭、三通、大小頭等附件，這些附件又是局部阻力的根源，因此，在保證操作方便及生產(chǎn)安全的前提下，應(yīng)盡量減少管道附件，以減小不必要的局部阻力損失。（3） 保持管道系統(tǒng)中閥門的完好性。系統(tǒng)中除調(diào)節(jié)閥門外，大多數(shù)閥門是處于全開或全關(guān)位置，當(dāng)閥門因故障不能完全開啟時，必然形成對汽、水的節(jié)流作用，而增大工質(zhì)的局部阻力損失。（4） 應(yīng)盡可能縮短管道總長度。20、什么是壓力管道的水擊（水錘）現(xiàn)象？有何危害？如何消除？在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時壓力顯著、反復(fù)、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水擊，也稱水錘。引起水擊的基本原因是：當(dāng)壓力管道的閥門突然關(guān)閉或開啟時，當(dāng)水泵突然停止或啟動時，因瞬時流速發(fā)生急劇變化，引起液體動量迅速改變，而使壓力顯著變化。管道上止回閥失靈，也會發(fā)生水擊現(xiàn)象。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導(dǎo)致送出的蒸汽部分凝結(jié)成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質(zhì)將高速向此處沖擊，也會發(fā)出巨大的音響和振動。水擊現(xiàn)象發(fā)生時，壓力升高值可能為正常壓力的好多倍，使管壁材料承受很大應(yīng)力；壓力的反復(fù)變化，會引起管道和設(shè)備的振動，嚴重時會造成管道、管道附件及設(shè)備的損壞。消除或減輕水擊危害的基本方法有：（1） 緩慢開啟或關(guān)閉閥門；（2） 盡量縮短閥件與容器間的管道長度；（3） 止回閥應(yīng)動作靈活，不應(yīng)出現(xiàn)忽開忽關(guān)現(xiàn)象；（4） 管道就裝設(shè)安全閥、空氣閥或蓄能器；（5） 蒸汽管道送汽前要充