流體力學(xué)考試復(fù)習(xí)資料考點(diǎn)(1)

1、一、流體力學(xué)及其研究對(duì)象流體：液體和氣體的總稱。流體力學(xué)：是研究流體的科學(xué)，即根據(jù)理論力學(xué)的普遍原理，借助大量的實(shí)際資料，運(yùn)用數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)。流體力學(xué)研究的對(duì)象：液體和氣體流二、流體的力學(xué)特性1、流體與固體的區(qū)別主要在于受剪應(yīng)力后的表現(xiàn)有很大的差異。固體能承受剪應(yīng)力、壓應(yīng)力、張應(yīng)力，沒(méi)有流動(dòng)性。流體只能承受壓應(yīng)力，不能承受拉力和剪力，否則就會(huì)變形流動(dòng)，即流體具有流動(dòng)性。2、液體與氣體的主要差別在于受壓后的表現(xiàn)上的差異。液體：受壓后體積變化很小，常稱不可壓縮流體；液體的形狀隨容器的形狀而變，但其體積不變。氣體：受壓后體積變化很大，常稱可壓縮流體；氣

2、體的形狀和體積都隨容器而變。注：氣體的體積變化小于原體積的20%時(shí)，可近似看作不可壓縮流體。1.1.1流體的密度1、流體密度的定義及計(jì)算定義：?jiǎn)挝惑w積流體的質(zhì)量，以表示，單位為kgm3（1）均質(zhì)流體：標(biāo)態(tài)（2）混合流體：混合氣體：混合液體：2、流體的密度與溫度、壓力的關(guān)系（1）液體：工程上，液體的密度看作與溫度、壓力無(wú)關(guān)。（2）氣體：與溫度和壓力有關(guān)。理想氣體：或工業(yè)窯爐：P=P0分析：t；t1.1.2流體的連續(xù)性流體的連續(xù)性：流體看成是由大量的一個(gè)一個(gè)的連續(xù)近質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)的介質(zhì)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)含有大量分子的集團(tuán)，質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有空隙。質(zhì)點(diǎn)尺寸：大于分子平均自由程的100倍。連續(xù)性假設(shè)帶來(lái)的方便

3、：(1）它使我們不考慮復(fù)雜的微觀分子運(yùn)動(dòng)，只考慮在外力作用下的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)。(2)能運(yùn)用數(shù)學(xué)分析的連續(xù)函數(shù)工具。【例題】已知煙氣的體積組成百分組成為：H2O12%，CO218%，N270%，求此煙氣標(biāo)態(tài)在及200的密度。【解】200時(shí)的煙氣密度：【例題】將密度為1600/m3糖漿按1:1的質(zhì)量比用清水稀釋?zhuān)笙♂尯筇菨{溶液的密度。【解】按題意，糖漿和水各占50%，據(jù)公式：1.1.3流體的壓縮性和膨脹性1.1.3.1流體的壓縮性1、壓縮性的定義流體在外力作用下改變自身容積的特性。即在一定的溫度下，流體的體積隨壓強(qiáng)增大而縮小的性質(zhì)。通常用壓縮系數(shù)p表示，它表示當(dāng)溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)每1增加帕?xí)r，流體體

4、積的相對(duì)變化率。數(shù)學(xué)表達(dá)式：低壓氣體：2、液體和氣體壓縮性的區(qū)別（1）液體：壓縮系數(shù)很小，工程上看作不可壓縮流體。但當(dāng)壓強(qiáng)變化很大時(shí)，則必須考慮。（2）氣體：在壓強(qiáng)變化時(shí)，其體積變化比較顯著，其變化規(guī)律服從熱力學(xué)規(guī)律。理想氣體：或（）T或即或理想氣體的壓縮系數(shù)：標(biāo)態(tài)：1.1.3.2流體的膨脹性1、流體膨脹性的定義流體受熱后改變自身容積的特性。即在一定的壓強(qiáng)下，流體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)。通常用膨脹系數(shù)T表示，它表示壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高1K時(shí)流體體積的相對(duì)變化率。數(shù)學(xué)表達(dá)式：某一溫度范圍的平均膨脹系數(shù)：2、液體和氣體壓縮性的區(qū)別（1）液體：液體的膨脹系數(shù)很小，工程上一般不考慮液體的膨脹性，但

5、當(dāng)溫度變化很大時(shí)，則必須考慮。（2）氣體：氣體的膨脹性比液體大得多，其變化規(guī)律服從熱力學(xué)規(guī)律。理想氣體：（）p或理想氣體的膨脹系數(shù)：標(biāo)態(tài)：【例題】?jī)?chǔ)氣柜內(nèi)儲(chǔ)有100m3煤氣，溫度為293K。壓強(qiáng)為106400Pa（1.05大氣壓）?，F(xiàn)要把它壓縮裝罐，裝罐的壓強(qiáng)為1010250Pa（10大氣壓）。若每罐的容積為0.1m3，問(wèn)可裝幾罐?！窘狻繐?jù)公式：可裝罐數(shù)：（罐）【例題】燃燒一千克重油需12Bm3空氣，今將空氣預(yù)熱1000到，試求預(yù)熱后空氣的容積?！窘狻扛G爐系統(tǒng)中氣體的壓強(qiáng)與外界大氣壓近似相等，可以認(rèn)為是等壓加熱過(guò)程據(jù)公式：1.1.4流體的粘性1.1.4.1牛頓內(nèi)摩擦定律和粘度系數(shù)1、粘性的實(shí)質(zhì)

6、當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性，稱為流體的粘性。觀察流體在管內(nèi)流動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)：由于流體與固體壁面的附著力（約束力）及流體本身的內(nèi)聚力，使流體各處的速度產(chǎn)生了差異。分析：當(dāng)流體沿固體壁面運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于固體壁面的分子引力以及固體表面的不平整，對(duì)流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生了約束力，使這部分流體質(zhì)點(diǎn)停滯不前。離開(kāi)固體壁面越遠(yuǎn)，這種約束力越小，到一定距離時(shí)，固體表面的這種約束力就為零。但流體質(zhì)點(diǎn)之間的分子引力及分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)量交換依然存在，即流體質(zhì)點(diǎn)之間的分子引力依然存在。于是緊貼固體壁面的一層靜止的流體質(zhì)點(diǎn)約束著與其相鄰的運(yùn)動(dòng)流體的質(zhì)點(diǎn)，速度慢的一層流體質(zhì)點(diǎn)約束著相鄰而速度較快的一層流體。這樣一層影響一

7、層，使運(yùn)動(dòng)著的流體在一定的范圍內(nèi)好象分層似的互相制約著。這種流動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)的約束力稱為流體的內(nèi)摩擦力或剪力。流體產(chǎn)生粘性的原因：一是由于相鄰流體層間分子的內(nèi)聚力阻礙其相對(duì)滑動(dòng)；二是由于流體分子的熱運(yùn)動(dòng)，使兩流體間有分子相互摻混，因而產(chǎn)生動(dòng)量交換所致。內(nèi)摩擦力的大小與流體運(yùn)動(dòng)速度和性質(zhì)有直接關(guān)系。內(nèi)摩擦力具有阻止流體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。2、牛頓內(nèi)摩擦定律內(nèi)容：運(yùn)動(dòng)流體的內(nèi)摩擦力的大小與兩層流體的接觸面積成正，與兩層流體之間的速度梯度成正比。 數(shù)學(xué)表達(dá)式：（負(fù)號(hào)表示內(nèi)摩擦力與流體運(yùn)動(dòng)方向相反）單體面積上的剪力：1.1.4.2相對(duì)粘度和粘度及其換算1、絕對(duì)粘度動(dòng)力粘度：(Pa?s) 粘度：可以看作是

8、速度梯度為1時(shí)，單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力。粘度表示出流體的粘滯性，其大小隨流體性質(zhì)而異。即：，粘性，流動(dòng)性。運(yùn)動(dòng)粘度：流體的絕對(duì)動(dòng)力粘度系數(shù)與流體的密度之比，用符號(hào)表示。即：（m2/s） 動(dòng)力粘相對(duì)粘度有多種表示方法，見(jiàn)附錄。我國(guó)常采用恩示粘度，用符號(hào)表示。它是200ml試液，在測(cè)定溫度下，從恩氏粘度計(jì)流出所需要的時(shí)間(s)與同體積的蒸餾水在20時(shí)從恩氏粘度計(jì)流出所需要的時(shí)間(s)的比值，即：恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度v之間的關(guān)系為：（m2/s） 當(dāng)>10時(shí)，恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度v之間的關(guān)系為：（m2/s） 1.1.4.3粘度與溫度的關(guān)系流體的粘度受壓強(qiáng)的影響很小，但溫度的變化對(duì)粘度影響很大。1、

9、液體：液體產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的主要原因是分子引力，溫度升高，液體體積膨脹，分子間距加大，引力減小，所以液體的粘度隨溫度升高而減小。水的粘度與溫度的關(guān)系通常可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算(Pa?s) 2、氣體：氣體產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的主要原因是分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換，所以溫度升高分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，動(dòng)量交換增多，粘度增大。氣體的動(dòng)力粘度與溫度關(guān)系可近似用下式表示：(Pa?s) 度和運(yùn)動(dòng)粘度都稱為絕對(duì)粘度。2、相對(duì)粘度1.3.1基本概念1.3.1.1流量與流速1、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱為流量。體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體體積，用“”表示，單位為m3/s質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的

10、流體質(zhì)量，用“”表示，單位為kg/s2、流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體的質(zhì)點(diǎn)沿流管流過(guò)的距離稱為流速，用“u”表示，單位是m/s。3、流量和真實(shí)流速u(mài)之間的關(guān)系及平均流速的關(guān)系流體在截面為dF流管的體積流量和質(zhì)量流量分別為：截面積為F的管道的流量應(yīng)為：理想流體沒(méi)有內(nèi)摩擦力，在管道截面上各點(diǎn)速度都相同；但實(shí)際流體有一定的粘性力，在管道中流動(dòng)時(shí)，截面上各點(diǎn)的速度都不相同，在工程上使用u很不方便。平均流速：?jiǎn)挝幻娣e上的體積流量。用w表示。即：4、質(zhì)量流量與體積流量和平均流速間的關(guān)系（m3/s）5、流速、流量與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系（1）液體：膨脹性、壓縮性很小，V，W與P、T無(wú)關(guān)。（2）氣體：膨脹性、壓縮性很大，V

11、，W與P、T有關(guān)。表明：t，w；t，w。結(jié)論：流體在等截面的管道中流動(dòng)，被加熱時(shí)將產(chǎn)生加速流動(dòng)；被除數(shù)冷卻時(shí)將產(chǎn)生減速流動(dòng)?！纠}】某硅酸鹽窯爐煅燒后產(chǎn)生的煙氣量為m3/h，該處壓強(qiáng)為負(fù)100Pa，氣溫為800,經(jīng)冷卻后進(jìn)入排風(fēng)機(jī)，這時(shí)的風(fēng)壓為負(fù)1000Pa，氣溫為200，求這時(shí)的排風(fēng)量（不計(jì)漏風(fēng)等影響）?！窘狻?4.44×104 (m3/h)6、硅酸鹽窯爐系統(tǒng)：（近似認(rèn)為=）7、變溫流動(dòng)時(shí)的平均速度1.3.1.2穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)流體全部質(zhì)點(diǎn)所占的空間稱為流場(chǎng)。穩(wěn)定流：流體在流場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)，任意一點(diǎn)流體的物理參數(shù)（如溫度、壓力、密度、流速等）均不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過(guò)程。非穩(wěn)定流：流

12、體在流場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)，任意一點(diǎn)流體的物理參數(shù)（如溫度、壓力、密度、流速等）均隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過(guò)程。1.3.1.3均勻流與非均勻流流線：流場(chǎng)中繪出反映流動(dòng)方向的一系列線條。流線上每一點(diǎn)的切線矢量就代表該點(diǎn)的流速方向。在穩(wěn)定流動(dòng)的情況下，流線就是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。流場(chǎng)可看成是由無(wú)限多根流線所組成的空間。流管：沿垂直流動(dòng)方向上的微小截面積的周邊的流線所形成的空心管道。流束：流管內(nèi)的流體。流場(chǎng)內(nèi)的全部流體是由無(wú)限根流束組成部分的總流。流速大小和方向不變的流動(dòng)稱為均勻流。均勻流中流線是平行直線，流速在各斷面上的分布保持不變。如等直徑直管中的液流或者斷面形狀和水深不變的長(zhǎng)直渠道中的水流都是均勻流。流速大

13、小和方向均隨流動(dòng)過(guò)程而改變的流動(dòng)稱為非均勻流。非均勻流的流線不是平行直線，流場(chǎng)中各質(zhì)點(diǎn)的流速大小或方向均隨流動(dòng)過(guò)程而改變，如流體在收縮管、擴(kuò)散管或彎管中的流動(dòng)。根據(jù)流速變化的緩程度，不均勻流以可分為緩變流和急變流。緩變流的流線近似成平等直線，其過(guò)流斷面可近似看成平面，即我們近似可將緩變流看成均勻流。均勻流的過(guò)流斷面上流體壓強(qiáng)分布符合靜力學(xué)規(guī)律，非均勻流不符合靜力學(xué)規(guī)律。1.3.1.4流體流動(dòng)狀態(tài)1、流態(tài)及判斷（1）流態(tài)的類(lèi)型從雷諾實(shí)驗(yàn)可知: （2）影響流態(tài)的因素：流速：，質(zhì)點(diǎn)可能產(chǎn)生與流向垂直的分速度，愈易形成紊流。流體性質(zhì)：，慣性力；，內(nèi)摩擦力，易形成紊流。管壁的幾何尺寸：管內(nèi)徑d

14、，管內(nèi)各層流體受管壁的摩擦作用愈小，易形成紊流。（3）流態(tài)的判斷綜合上述因素得流態(tài)的判斷依據(jù)：   雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)的物理意義：推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力或慣性力與阻止流體運(yùn)動(dòng)的阻力（內(nèi)摩擦力或粘滯力）之比。  注：雷諾數(shù)Re的大小，不僅可作為判別流體流動(dòng)形態(tài)的依據(jù)，還反映流動(dòng)中流體質(zhì)點(diǎn)湍動(dòng)的程度。2、當(dāng)量直徑水力半徑：與流動(dòng)方向相垂直的截面積與被流體所浸潤(rùn)的周邊長(zhǎng)度之比，即： （m）當(dāng)量直徑：水力半徑的4倍，即：按此定義：a、邊長(zhǎng)為ab的矩形截面  b、正方形截面b=ac、圓環(huán)截面d、梯形截面【例題】某硅酸鹽工業(yè)窯爐內(nèi),煙氣溫度為1

15、000，鞭標(biāo)態(tài)密度為1.30kg/Bm3，在截面為0.5×0.6m2的煙道中以3.8m/s的流速通過(guò)，煙道內(nèi)負(fù)壓為402Pa，試判斷煙道中煙氣的流態(tài)（設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?9991Pa）?！窘狻扛鶕?jù)式（1.10），1000時(shí)煙氣的密度為：=0.2740(kg/m3)根據(jù)公式式計(jì)算1000時(shí)煙氣的粘度為：(或查表)=(Pa·s)當(dāng)量直徑：（m）雷諾準(zhǔn)數(shù)：=1.158×104>4000煙道中煙氣為紊流。1.3.1.5流體在管道截面上的速度分布由于粘性的作用，流體在管道截面上的速度分布總是管中心處流速最大，越近管壁流速越小，在緊貼管壁處流速為零。其流速分布與流態(tài)有關(guān)。1

16、、層流層流時(shí)，流體在管道截面上的速度呈拋物線規(guī)律分布。在管壁處流速為零，中心流速最大。平均速度為最大速度的二分之一。2、紊流在紊流時(shí)，管道截面流速分布比較復(fù)雜，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸線方向流動(dòng)外，還在截面上產(chǎn)生橫向流動(dòng)，形成旋流。整個(gè)流速分布可以分為三個(gè)不同的區(qū)域。(1)層流底層在靠近管壁附近，厚度在千分之幾到幾毫米范圍內(nèi)保持層流狀態(tài)，層流底層的厚度可用下式計(jì)算。   （m）  （2）過(guò)渡區(qū)緊靠層流底層的是一層起伏不定的過(guò)渡流或過(guò)渡區(qū)，其厚度大致與層流底層相近。過(guò)度區(qū)和層流底層一起又稱為邊界層。（3）紊流區(qū)（主流）流體呈紊流狀態(tài)，既有主流沿管道軸向運(yùn)動(dòng)，又有質(zhì)點(diǎn)的縱向

17、運(yùn)動(dòng)。管道截面上某一固定點(diǎn)的流速隨時(shí)在脈動(dòng)，當(dāng)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)這種脈動(dòng)的平均值還是一定的，稱為時(shí)均流速。德國(guó)學(xué)者普朗特認(rèn)為，如果忽略邊界層，把整個(gè)管道截面看成紊流，管道截面流速分布可用次根定律表示。從定律可知，紊流程度越大時(shí)，速度分布越均勻。主流區(qū)內(nèi)速度分布比較均勻,接近中心部分有相等的流速。1.3.1.6流體的能量物質(zhì)的能量包含兩大部分，即機(jī)械能和內(nèi)能；機(jī)械能分為位能，動(dòng)能和靜壓能三種形式。壓頭：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的能量(1)動(dòng)壓頭：流體流動(dòng)時(shí)因有一定的流速所具有的能量稱為動(dòng)壓頭。單位體積流體的動(dòng)壓頭為：  (Pa) (2)靜壓頭：流體因有一定的壓強(qiáng)而具有的能量。單位體積流體的靜壓頭為：

18、(3)幾何壓頭：流體在重力的作用下，因其位置距離基準(zhǔn)面有一定的高度而具有的能量。單位體積流體的幾何壓頭：  （Pa）對(duì)于液體，   (Pa) 對(duì)于熱氣體，基準(zhǔn)面在上方：1.3.2流體動(dòng)力學(xué)基本方程式1.3.2.1流體流動(dòng)的連續(xù)性方程設(shè)流體在變截面的管道中穩(wěn)定流動(dòng)，如圖。連續(xù)性方程的含義：在管路沒(méi)有泄漏和補(bǔ)充的情況下,在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一截面的流體的質(zhì)量和從另一截面流出的流體質(zhì)量相等。數(shù)學(xué)表達(dá)對(duì)不可壓縮流體：圓形的管道：    應(yīng)用連續(xù)性方程的注意點(diǎn)：流體必須是穩(wěn)定流動(dòng)；流體必須是連續(xù)的；分清是可壓縮流體不是不可壓縮流體，以便采用相應(yīng)

19、的公式；對(duì)中途有流體輸入或輸出的分支管道，連續(xù)性方程有不同的表達(dá)式?！纠}】水泵汲入管外徑為88.5mm，壁厚4mm，壓出管外徑為75.5mm，壁厚3.75mm，汲入管的流速為1.2m/s，試求壓出管中水的流速。解：吸入管內(nèi)徑=88.5-2×4=80.5mm，壓出管內(nèi)徑=75.5-2×3.75=68mm。設(shè)在吸入管和壓出管之間無(wú)泄漏，則：(m/s)水在壓出管的流速為1.68m/s。1.3.2.2伯努利方程1、伯努力方程（1）理想流體的伯努利方程理想流體是指既無(wú)粘性又完全不可壓縮流體，在流動(dòng)時(shí)不能抵抗剪切變形，流動(dòng)過(guò)程中，只存在機(jī)械能形式之間的轉(zhuǎn)化，無(wú)能量損失和流體內(nèi)能的增減

20、。設(shè)理想液體在變截面和管道中等溫而穩(wěn)定地緩變流動(dòng)，任意取兩個(gè)截面1-1和2-2，據(jù)能量守恒定律可得：  上式表明：不可壓縮的理想液體在等溫流動(dòng)過(guò)程中，在管道的任一截面上，流體的靜壓能、位能及動(dòng)能之和是不變的，但三者之間可以相互轉(zhuǎn)化。其它表達(dá)形式：對(duì)單位重力流體：  或      常數(shù)（2）實(shí)際流體的伯努力方程式實(shí)際流體在等溫流動(dòng)過(guò)程中與理想流體的不同點(diǎn)：實(shí)際流體有粘性，流動(dòng)過(guò)程中有能量損失實(shí)際流體任一截面上各點(diǎn)的速度不同，其實(shí)際動(dòng)能比平均動(dòng)能大實(shí)際流體伯努力方程：動(dòng)能修正系數(shù)k1、k2，層流時(shí)k1=k2=2，紊流時(shí)

21、隨Re值增大而趨于1。工程上近似認(rèn)為k1=k2=1，不會(huì)造成較大的誤差。簡(jiǎn)化后的實(shí)際流體伯努力方程為：（3）二流體伯努力方程窯爐內(nèi)的熱氣體受大氣浮力的作用，此外，窯爐中的氣體通常不是等溫流動(dòng)，氣體密度不是常數(shù)，要用平均溫度下的密度代替。窯爐中熱氣體的伯努力方程：（4）應(yīng)用伯努力方程解題的注意事項(xiàng)分析流動(dòng)：首先應(yīng)分析所研究的流體是否符合伯努力方程的應(yīng)用條件；其次要弄清流體總體，即是要把研究的局部流動(dòng)和流動(dòng)總體聯(lián)系起來(lái)。方程的應(yīng)用條件：a、流體流動(dòng)必須是恒定流動(dòng)；b、流體應(yīng)是不可壓縮流體，但工程上遇到的大多數(shù)氣體可近似使用；c、計(jì)算斷面應(yīng)是緩變流截面,但當(dāng)動(dòng)能一項(xiàng)在總能量中所占比例很小時(shí),可將斷面

22、取在急變流處作近似解。d、如兩截面之間有能量輸入或輸出時(shí)，伯努力方程為：熱氣體：上述伯努力方程的簡(jiǎn)寫(xiě)式：或     選取基準(zhǔn)面：基準(zhǔn)面可以任意選取，但必須是水平面。對(duì)同一方程中的兩個(gè)不同斷面，其計(jì)算基準(zhǔn)只能是同一基準(zhǔn)面一般選取基準(zhǔn)面時(shí)，若管道中為液體，基準(zhǔn)面習(xí)慣取在截面之下；若管道中為氣體，基準(zhǔn)面習(xí)慣取在截面之上。水平流動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)面習(xí)慣取在管道中心。選取計(jì)算斷面：應(yīng)選在緩變流處，為了便于計(jì)算，應(yīng)將其中一個(gè)斷面取在流動(dòng)參數(shù)已知的位置上，并使未知數(shù)包含在所列方程中。確定壓強(qiáng)基準(zhǔn)：可用絕對(duì)壓強(qiáng)，亦可用表壓強(qiáng)，但等號(hào)兩邊必須一致。方程中的能量損失一項(xiàng)應(yīng)加在流動(dòng)的末

23、端，即下游斷面上。【例題】如圖所示，水箱中的水經(jīng)底部立管恒定流出，已知水深H1.5m，管長(zhǎng)L2m，管徑d200m，不計(jì)能量損失，求：立管出口處水的流速；離立管出口1m入的壓力?！窘狻浚?）本題滿足方程的應(yīng)用條件，取水箱液面與立管出口斷面11、22截面，22截面為基準(zhǔn)面，建立伯努力方程：z1=1.5+2=3.5m，p1= p2=0（表壓），F(xiàn)1F2，W1W2，hk=0,z=0，0（2）基準(zhǔn)面不變，建立22、33斷面的伯努力方程：z2=0，z31，p20，w2=w3,0，【例題】平均溫度為200，標(biāo)態(tài)密度為1.32kg/m3的熱氣體從高為50m的煙囪頂部以4Bm/s的速度排出。已知煙囪頂部?jī)?nèi)徑為d

24、2=1m，底部?jī)?nèi)徑為d1=1.5m，摩擦阻力損失為16Pa，試計(jì)算煙囪底部的靜壓頭?！窘狻繜煔庠?00時(shí)的密度：煙氣在頂部的流速：煙氣在底部的流速：據(jù)伯努力方程：以頂部為基準(zhǔn)面，Z2=0；以相對(duì)壓強(qiáng)作為壓強(qiáng)基準(zhǔn)，P2=0，則：2、壓頭間的轉(zhuǎn)換伯努利方程式是機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化定律在運(yùn)動(dòng)流體中的表現(xiàn)形式。方程式中各個(gè)壓頭之間是可以相互轉(zhuǎn)變的。（1）幾何壓頭和靜壓頭之間的轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)有熱氣體在垂直管道由中由上向下流動(dòng)，且管徑不變則,即,忽略壓頭損失，列出1-1和2-2的伯努力方程。因?yàn)閔g2(在下)hg1(在上)則hs2hs1即hshg （幾何壓頭視為“能量損失”）同理：hghs（幾何壓頭視為“推動(dòng)力”）（

25、2）動(dòng)壓頭和靜壓頭之間的轉(zhuǎn)變某一流體在一水平的、逐漸擴(kuò)張的管道中流動(dòng)因?yàn)閔k1hk2則hs2hs1即hkhs同理：hshk（3）壓頭的綜合轉(zhuǎn)變熱氣體由下向上在截面逐漸變小的垂直管道中流動(dòng) 上式說(shuō)明，熱氣體由下向上流動(dòng)時(shí)，逐漸將幾何壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭、動(dòng)壓頭，并消耗部分能量用于克服壓頭損失。綜上所述，在流體流動(dòng)過(guò)程中，各種壓頭之間可以相互轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變規(guī)律如圖所示。 1.3.2.3動(dòng)量方程 穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)的動(dòng)量方程   (N) 穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)動(dòng)量方程的物理意義表明：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流出控制體與流入控制體的流體動(dòng)量之差等于作用在控制體內(nèi)流體的合外力。穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)動(dòng)量方程是個(gè)矢量

26、方程：動(dòng)量方程是噴射器和噴射式煤氣燒嘴燒工作的理論基礎(chǔ)。動(dòng)量守恒原理：當(dāng)=0，則有： (N) 1.3.2.4伯努力方程的應(yīng)用(1)流體流量的測(cè)定文丘里流量計(jì)如圖所示：    (m3/s) 在實(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)對(duì)上式用修正系數(shù)加以修正，即：     (m3/s) (2)流體流速的測(cè)定皮托管如圖所示，將基準(zhǔn)面取在A-B流線上：或            （m/s） 實(shí)用上常將靜壓管和皮托管組成一體，稱為皮托靜壓管或動(dòng)壓

27、管測(cè)定流速。水平流場(chǎng)或者流動(dòng)參數(shù)隨的變化可以忽略不計(jì)的流動(dòng)：常數(shù)上式表明：流速和壓強(qiáng)的變化相互制約，流速高的點(diǎn)上壓強(qiáng)低，流速低的點(diǎn)上壓強(qiáng)高。因此，工程中可以用降低壓強(qiáng)的方法來(lái)提高流速。但是對(duì)于液體，當(dāng)壓強(qiáng)降低到飽和壓強(qiáng)時(shí)，液體開(kāi)始汽化，上式不再適用。1.4.1摩擦阻力定義：摩擦阻力存在于整個(gè)流動(dòng)路程上，是流體在直管中流動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性產(chǎn)生內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的能量損失。用表示。1、摩擦阻力計(jì)算  (Pa) 說(shuō)明：a、hf是單位管道截面積上的摩擦力，在數(shù)值上等于管道兩端的壓差（僅有摩擦阻力），方向與流體流動(dòng)方向相反。l，de，w，hfb、hf與流體的流態(tài)及管壁粗糙度有關(guān)，這些因素包含在摩擦

28、阻力系數(shù)中。要確定hf的大小，關(guān)健在求。2、摩擦阻力系數(shù)A、摩擦阻力系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。它與雷諾數(shù)及管內(nèi)擘粗糙度有關(guān)。層流區(qū)（Re2300）代入阻力公式得：臨界區(qū)（Re=23004000）此區(qū)域流態(tài)不穩(wěn)定，若仍保持層流，則Re、；若已為湍流，則Re、。湍流光滑區(qū)：湍流過(guò)渡區(qū)：湍流粗糙區(qū)：B、硅酸鹽工業(yè)通常按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即：光滑金屬管道：粗略計(jì)算時(shí)：=0.020.025粗糙管道：粗略計(jì)算時(shí)：=0.0350.45磚砌煙道：粗略計(jì)算時(shí)：=0.05【例題】熱煙氣以7.5Bm3/s的流量通過(guò)截面尺寸為1.5×2.0m的磚砌煙道，煙氣的平均溫度為420，標(biāo)態(tài)密度為1.32kg/Bm3,求煙氣通過(guò)2

29、5m長(zhǎng)煙道的摩擦阻力損失（煙道內(nèi)煙氣的絕對(duì)壓力接近大氣壓）?！窘狻繜煔獾臉?biāo)態(tài)流速：2.5m/s煙氣的工況流速：6.34m/s煙氣的工況密度：0.52kg/m3煙道當(dāng)量直徑：1.71(m)煙氣粘度：=(Pa?s)雷諾數(shù)：     摩擦阻力系數(shù)：摩擦阻力損失：(Pa)1.4.2局部阻力定義：局部阻力是流體通過(guò)管路中的管件、閥門(mén)、突然擴(kuò)大，突然縮小等局部障礙，引起邊界層的分離，產(chǎn)生漩渦而造成的能量損失。用表示。1、局部阻力計(jì)算公式    (Pa) 2、局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)確定。流體是層流時(shí)，局部阻力系數(shù)可用下式表示&

30、#160;是隨管件而定的常數(shù)，對(duì)球心閥(全開(kāi))，48.8；角閥(全開(kāi))，=21.7；90o彎頭，=16.3三通，=32.5流體是湍流時(shí)，局部阻力系數(shù)由管件性質(zhì)而定的常數(shù)如：    突然擴(kuò)大突然縮小其余的局部阻力系數(shù)查附錄。【例題】密度為1.2kg/m3的氣體，流過(guò)如圖1.33所示的突然擴(kuò)大管段。已知:m2,m2,通過(guò)管段的氣體流量為7m/s。求其局部阻力損失?！窘狻坎楸淼猛蝗粩U(kuò)大管段局部阻力系數(shù)公式為：局部阻力為：  在計(jì)算局部阻力損失時(shí)，上式中的代入擴(kuò)大前速度較大的數(shù)值由已知條件得：（m/s）29.4(Pa)1.4.3流動(dòng)的總阻力流體流動(dòng)的總阻力，為摩擦阻力與局部阻力之和，即：  (Pa) 1.4.4管路計(jì)算1.4.4.1經(jīng)濟(jì)流速