第二節(jié)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)

1、第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)煤 礦 機(jī) 械第一章李憲福李憲福中煤職業(yè)技術(shù)學(xué)院中煤職業(yè)技術(shù)學(xué)院2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)提問(wèn)復(fù)習(xí)提問(wèn)v1.學(xué)習(xí)流體力學(xué)的目的是什么？學(xué)習(xí)流體力學(xué)的目的是什么？ v2.流體的物理性質(zhì)是什么？流體的物理性質(zhì)是什么？ v3.什么是流體的流動(dòng)性什么是流體的流動(dòng)性? v4.什么是密度和重度？之間的關(guān)系？什么是密度和重度？之間的關(guān)系？v5.什么是粘度？粘度的類型有哪些？什么是粘度？粘度的類型有哪些？22022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)

2、要求：教學(xué)要求：知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：1.1.重點(diǎn)重點(diǎn)流體靜壓力流體靜壓力帕斯卡定理帕斯卡定理2.2.難點(diǎn)難點(diǎn)流體的連續(xù)性方程流體的連續(xù)性方程液體的流動(dòng)狀態(tài)液體的流動(dòng)狀態(tài)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的流體，由于本身的重力或處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的流體，由于本身的重力或其他外力的作用，在流體內(nèi)部及流體與容器壁面之間其他外力的作用，在流體內(nèi)部及流體與容器壁面之間存在著垂直于接觸面的作用力，這種作用力稱為存在著垂直于接觸面的作用力，這種作用力稱為靜壓靜壓力力。單體面積上流體的靜壓力稱為單體面積上流體的靜壓力稱為流體的靜壓

3、強(qiáng)流體的靜壓強(qiáng)。若流體的密度為若流體的密度為，則液柱高度，則液柱高度h與壓力與壓力p的關(guān)系的關(guān)系為：為： p=gh 2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)v以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力，它是流，它是流體的真實(shí)壓力；以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為體的真實(shí)壓力；以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為表壓表壓或真空度、相對(duì)壓力或真空度、相對(duì)壓力，它是在把大氣壓強(qiáng)視為零壓強(qiáng)，它是在把大氣壓強(qiáng)視為零壓強(qiáng)的基礎(chǔ)上得出來(lái)的。的基礎(chǔ)上得出來(lái)的。 v絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)是以絕對(duì)真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)（絕對(duì)零壓強(qiáng)）是以絕對(duì)真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)（絕對(duì)零壓強(qiáng)）為基準(zhǔn)計(jì)

4、量的壓強(qiáng)為基準(zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng);表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱表壓表壓，是指以當(dāng)時(shí)當(dāng)，是指以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽槠瘘c(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)。兩者的關(guān)系為：地大氣壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)。兩者的關(guān)系為：絕對(duì)壓絕對(duì)壓=大氣壓大氣壓+表壓表壓2.1 絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1.3 絕對(duì)壓力、表壓與真空度的關(guān)系 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)假如一容器內(nèi)裝有密度為假如一容器內(nèi)裝有密度為的液體，液體可認(rèn)為的液體，液體可認(rèn)為是不可壓縮流體，其密度

5、不隨壓力變化。在靜止的液是不可壓縮流體，其密度不隨壓力變化。在靜止的液體中取一段液柱，其截面積為體中取一段液柱，其截面積為A，以容器底面為基準(zhǔn)，以容器底面為基準(zhǔn)水平面，液柱的上、下端面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離水平面，液柱的上、下端面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為分別為z1和和z2，那么作用在上、下兩端面的壓力分別，那么作用在上、下兩端面的壓力分別為為p1和和p2。2.2 流體靜力學(xué)平衡方程流體靜力學(xué)平衡方程2.2.1 靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)重力場(chǎng)中在垂直方向上對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：重力場(chǎng)中在垂直

6、方向上對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：(1) 上端面所受總壓力上端面所受總壓力P1=p1A，方向向下；，方向向下；(2) 下端面所受總壓力下端面所受總壓力P2=p2A，方向向上；，方向向上；(3) 液柱的重力液柱的重力G=gA(z1-z2), 方向向下。方向向下。液柱處于靜止時(shí)，上述三項(xiàng)力的合力應(yīng)為零，即液柱處于靜止時(shí)，上述三項(xiàng)力的合力應(yīng)為零，即p2A-p1A-gA(z1-z2)=0 整理并消去整理并消去A，得，得p2=p1+g(z1-z2)(壓力形式壓力形式)（1-8）2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)變形得變形得p1/+z1g=p2/+

7、z2g(能量形式能量形式)（1-9）若將液柱的上端面取在容器內(nèi)的液面上，設(shè)液面上方的若將液柱的上端面取在容器內(nèi)的液面上，設(shè)液面上方的壓力為壓力為pa，液柱高度為，液柱高度為h，則式（，則式（1-8）可改寫(xiě)為）可改寫(xiě)為p2=pa+gh （1-10）式（式（1-8）、式（）、式（1-9）及式（）及式（1-10）均稱為）均稱為靜力學(xué)基本靜力學(xué)基本方程方程，其，其物理意義在于：物理意義在于：在靜止流體中任何一點(diǎn)的單位位能在靜止流體中任何一點(diǎn)的單位位能與單位壓能之和與單位壓能之和(即單位勢(shì)能即單位勢(shì)能)為常數(shù)。為常數(shù)。2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體

8、力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)v靜壓強(qiáng)的方向性流體具有各個(gè)方向上的靜壓強(qiáng)。靜壓強(qiáng)的方向性流體具有各個(gè)方向上的靜壓強(qiáng)。 v流體內(nèi)部任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)的大小與其作用的方向無(wú)流體內(nèi)部任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)的大小與其作用的方向無(wú)關(guān)。關(guān)。 v流體的靜壓強(qiáng)僅與其高度或深度有關(guān)，而與容器的形流體的靜壓強(qiáng)僅與其高度或深度有關(guān)，而與容器的形狀及放置位置、方式無(wú)關(guān)。狀及放置位置、方式無(wú)關(guān)。 2.2.2 靜壓強(qiáng)的特性靜壓強(qiáng)的特性2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)1. 流線和跡線流線和跡線流線流線是指同一時(shí)刻不同質(zhì)點(diǎn)所組成的運(yùn)動(dòng)的方向線。是指同一時(shí)刻不同質(zhì)點(diǎn)所組成的運(yùn)動(dòng)的方向

9、線。跡線跡線是指同一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)在空間運(yùn)動(dòng)是指同一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)在空間運(yùn)動(dòng)中所形成的軌跡線，它給出了同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)間的速中所形成的軌跡線，它給出了同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)間的速度的方向。度的方向。 2.3.1流體運(yùn)動(dòng)的基本概念流體運(yùn)動(dòng)的基本概念圖1.42. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)2. 流管、過(guò)流斷面、元流和總流流管、過(guò)流斷面、元流和總流在流場(chǎng)內(nèi)作一非流線且不自閉相交的封閉曲線，在在流場(chǎng)內(nèi)作一非流線且不自閉相交的封閉曲線，在某一瞬時(shí)通過(guò)該曲線上各點(diǎn)的流線構(gòu)成一個(gè)管狀表面，某一瞬時(shí)通過(guò)該曲線上各點(diǎn)的流線構(gòu)成一個(gè)管狀

10、表面，稱稱流管流管。在流體中取一封閉垂直于流向的平面，在其中劃出在流體中取一封閉垂直于流向的平面，在其中劃出極微小面積，則其微小面積的周邊上各點(diǎn)都和流線正交，極微小面積，則其微小面積的周邊上各點(diǎn)都和流線正交，這一橫斷面稱為這一橫斷面稱為過(guò)流斷面過(guò)流斷面。若流管的橫截面無(wú)限小，則稱其為流管元，亦稱為若流管的橫截面無(wú)限小，則稱其為流管元，亦稱為元流元流。過(guò)流斷面內(nèi)所有元流的總和稱為過(guò)流斷面內(nèi)所有元流的總和稱為總流總流。 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)3. 流量流量 流體流動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)流斷面的流體體積流體流動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間

11、內(nèi)通過(guò)過(guò)流斷面的流體體積稱為稱為流體的體積流量流體的體積流量，一般用，一般用Q表示，單位為表示，單位為L(zhǎng)/s。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量，稱為單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)質(zhì)量流量量流量，以，以ms表示，單位為表示，單位為kg/s或或kg/h。體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：ms=Q體積流量、過(guò)流斷面面積體積流量、過(guò)流斷面面積A與流速與流速u(mài)之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為:Q=Au 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)1. 根據(jù)流動(dòng)要素根據(jù)流動(dòng)要素(流速與壓強(qiáng)流速與壓強(qiáng))與流行時(shí)間來(lái)進(jìn)行分

12、類與流行時(shí)間來(lái)進(jìn)行分類（1） 恒定流恒定流流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)的流速與壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，而僅與流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)的流速與壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，而僅與所處位置有關(guān)的流體流動(dòng)稱為所處位置有關(guān)的流體流動(dòng)稱為恒定流恒定流。（2） 非恒定流非恒定流運(yùn)動(dòng)流體各質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)要素隨時(shí)間而改變的運(yùn)動(dòng)稱運(yùn)動(dòng)流體各質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)要素隨時(shí)間而改變的運(yùn)動(dòng)稱為為非恒定流非恒定流。 2.3.2 流體運(yùn)動(dòng)的分類流體運(yùn)動(dòng)的分類2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)2. 根據(jù)流體流速的變化來(lái)進(jìn)行分類根據(jù)流體流速的變化來(lái)進(jìn)行分類（1） 均勻流均勻流在給定的某一時(shí)刻，各點(diǎn)速度都不隨位置而變化的在

13、給定的某一時(shí)刻，各點(diǎn)速度都不隨位置而變化的流體運(yùn)動(dòng)稱為流體運(yùn)動(dòng)稱為均勻流均勻流。 （2） 非均勻流非均勻流流體中相應(yīng)點(diǎn)流速不相等的流體運(yùn)動(dòng)稱為流體中相應(yīng)點(diǎn)流速不相等的流體運(yùn)動(dòng)稱為非均勻流非均勻流。 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)3. 按液流運(yùn)動(dòng)接觸的壁面情況分類按液流運(yùn)動(dòng)接觸的壁面情況分類（1） 有壓流有壓流流體過(guò)流斷面的周界為壁面包圍，沒(méi)有自由面者稱流體過(guò)流斷面的周界為壁面包圍，沒(méi)有自由面者稱為為有壓流或壓力流有壓流或壓力流。一般供水、供熱管道均為壓力流。一般供水、供熱管道均為壓力流。 （2） 無(wú)壓流無(wú)壓流流體過(guò)流斷面的壁

14、和底均為壁面包圍，但有自由液流體過(guò)流斷面的壁和底均為壁面包圍，但有自由液面者稱為面者稱為無(wú)壓流或重力流無(wú)壓流或重力流，如河流、明渠排水管網(wǎng)系統(tǒng)，如河流、明渠排水管網(wǎng)系統(tǒng)等。等。2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)（3） 射流射流流體經(jīng)由孔口或管嘴噴射到某一空間，由于運(yùn)動(dòng)的流體經(jīng)由孔口或管嘴噴射到某一空間，由于運(yùn)動(dòng)的流體脫離了原來(lái)的限制它的固體邊界，在充滿流體的空流體脫離了原來(lái)的限制它的固體邊界，在充滿流體的空間繼續(xù)流動(dòng)的這種流體運(yùn)動(dòng)稱為間繼續(xù)流動(dòng)的這種流體運(yùn)動(dòng)稱為射流射流，如噴泉、消火栓，如噴泉、消火栓等噴射的水柱。等噴射的水柱。

15、 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)4. 流體流動(dòng)的因素流體流動(dòng)的因素 （1） 過(guò)流斷面過(guò)流斷面 流體流動(dòng)時(shí)，與其方向垂直的斷面稱為流體流動(dòng)時(shí)，與其方向垂直的斷面稱為過(guò)流斷面過(guò)流斷面，單位為單位為m2。在均勻流中，過(guò)流斷面為一平面。在均勻流中，過(guò)流斷面為一平面。（2） 平均流速平均流速在不能壓縮和無(wú)粘滯性的理想均勻流中，流速是不在不能壓縮和無(wú)粘滯性的理想均勻流中，流速是不變的。變的。 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)如圖如圖1-5所示的定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，流體連續(xù)地從

16、所示的定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，流體連續(xù)地從11截面進(jìn)入，從截面進(jìn)入，從22截面流出，且充滿全部管道。以截面流出，且充滿全部管道。以11、22截面以及管內(nèi)壁為衡算范圍，在管路中流截面以及管內(nèi)壁為衡算范圍，在管路中流體沒(méi)有增加和漏失的情況下，單位時(shí)間進(jìn)入截面體沒(méi)有增加和漏失的情況下，單位時(shí)間進(jìn)入截面11的流體質(zhì)量與單位時(shí)間流出截面的流體質(zhì)量與單位時(shí)間流出截面22的流體質(zhì)量必然的流體質(zhì)量必然相等，即相等，即ms1=ms2(1-15)或或1u1A1=2u2A2 (1-16) 2.3.3 定態(tài)流體系統(tǒng)的質(zhì)量守恒連續(xù)性方程定態(tài)流體系統(tǒng)的質(zhì)量守恒連續(xù)性方程2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章

17、 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)推廣至任意截面，有推廣至任意截面，有ms=1u1A1=2u2A2=uA=常數(shù)常數(shù)(1-17)式（式（1-15）式）式(1-17)均稱為均稱為連續(xù)性方程連續(xù)性方程，表明，表明在定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，流體流經(jīng)各截面時(shí)的質(zhì)量流量恒在定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，流體流經(jīng)各截面時(shí)的質(zhì)量流量恒定。定。對(duì)不可壓縮流體，對(duì)不可壓縮流體，常數(shù)，連續(xù)性方程可寫(xiě)為常數(shù)，連續(xù)性方程可寫(xiě)為:Vs=u1A1=u2A2=uA=常數(shù)常數(shù)(1-18)對(duì)于圓形管道，式（對(duì)于圓形管道，式（1-18）可變形為）可變形為u1/u2=A2/A1=(d2/d1)2 (1-19) 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)202

18、2-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【例例1.1】如圖如圖1-6所示所示，管路由一段，管路由一段89mm4mm的的管管1、一段、一段108mm4mm的管的管2和兩段和兩段57mm3.5mm的分支管的分支管3a及及3b連接而成。若水以連接而成。若水以910-3m3/s的體積流量流動(dòng)，且在兩段分支管內(nèi)的流的體積流量流動(dòng)，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。 圖1-6 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【解解】管管1的內(nèi)徑為的內(nèi)徑為: d1=89-24=81(mm

19、)則水在管則水在管1中的流速為中的流速為:u1=1.75(m/s)管管2的內(nèi)徑為的內(nèi)徑為:d2=108-24=100(mm)由式（由式（1-19），則水在管），則水在管2中的流速為中的流速為:u2=1.15(m/s)管管3a及及3b的內(nèi)徑為的內(nèi)徑為:d3=57-23.5=50(mm)因水在分支管路因水在分支管路3a、3b中的流量相等，則有中的流量相等，則有u2A2=2u3A3即水在管即水在管3a和和3b中的流速為中的流速為:u3= 2.30(m/s)2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-5連續(xù)性方程的推導(dǎo) Back2. 流體運(yùn)

20、動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)在理想流動(dòng)的管段上取兩個(gè)斷面在理想流動(dòng)的管段上取兩個(gè)斷面11和和22，兩，兩個(gè)斷面的能量之和相等，即個(gè)斷面的能量之和相等，即 假設(shè)從假設(shè)從11斷面到斷面到22斷面流動(dòng)過(guò)程中損失為斷面流動(dòng)過(guò)程中損失為h，則實(shí)際流體流動(dòng)的伯努利方程為則實(shí)際流體流動(dòng)的伯努利方程為 22121222uuPPZZgg2.3.4 能量守恒定律伯努利方程能量守恒定律伯努利方程22121222uuPPZZhgg2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【例例1.2】如圖如圖1-7所

21、示所示，要，要用水泵將水池中的水抽到用用水泵將水池中的水抽到用水設(shè)備，已知該設(shè)備的用水水設(shè)備，已知該設(shè)備的用水量為量為60m3/h，其出水管高，其出水管高出蓄水池液面出蓄水池液面20m，水壓為，水壓為200kPa。如果用直徑。如果用直徑d100mm的管道輸送到用水的管道輸送到用水設(shè)備，試確定該水泵的揚(yáng)程設(shè)備，試確定該水泵的揚(yáng)程需要多大才可以達(dá)到要求？需要多大才可以達(dá)到要求？ 圖1-7 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【解解】（1） 取蓄水池的自由液面為取蓄水池的自由液面為11斷面，取斷面，取用水設(shè)備出口處為用水設(shè)備出口處為22

22、斷面。斷面。（2） 以以11斷面為基準(zhǔn)液面，根據(jù)伯努利方程列斷面為基準(zhǔn)液面，根據(jù)伯努利方程列出兩個(gè)斷面的能量方程出兩個(gè)斷面的能量方程： 式中式中Z1=0，P1=0，u1=0;Z220m，P2200kPa，且且u2=Q/A=4Q/(D) =604/(3.140.013600)=2.12(m/s) 2211221222bPuPuZhZhgg2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)222240.922bPuhZhhg故水泵的揚(yáng)程為故水泵的揚(yáng)程為: 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基

23、礎(chǔ)知識(shí)v2.4.1液體的流動(dòng)狀態(tài)液體的流動(dòng)狀態(tài)v（1）層流層流v流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)作分層運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)在流層流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)作分層運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)在流層之間不發(fā)生混雜，呈現(xiàn)規(guī)則的層狀運(yùn)動(dòng)。之間不發(fā)生混雜，呈現(xiàn)規(guī)則的層狀運(yùn)動(dòng)。v（2）紊流紊流v流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)紊亂的形態(tài)，流體各質(zhì)點(diǎn)不保持流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)紊亂的形態(tài)，流體各質(zhì)點(diǎn)不保持在某一固定層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而有混雜和碰撞，產(chǎn)生動(dòng)能在某一固定層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而有混雜和碰撞，產(chǎn)生動(dòng)能交換，形成無(wú)規(guī)則的混亂狀態(tài)。交換，形成無(wú)規(guī)則的混亂狀態(tài)。2022-3-42. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)如圖如圖1-8所示，流體所

24、示，流體在水平等徑直管中作定態(tài)在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。在流動(dòng)。在11截面和截面和22截面間列伯努利方程，得截面間列伯努利方程，得 2.4.2流體在管道中的流動(dòng)阻力流體在管道中的流動(dòng)阻力221111221122fPPZ guZ guW圖1-8 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)因是直徑相同的水平管，因是直徑相同的水平管，u1=u2,Z1=Z2，故，故Wf=(P1-P2)/（122）若管道為傾斜管，則若管道為傾斜管，則Wf=(P1/+Z1g)-(P2/+Z2g) （123）由此可見(jiàn)，無(wú)論是水平安裝還是傾斜安裝，流體由此可見(jiàn)，無(wú)論

25、是水平安裝還是傾斜安裝，流體的流動(dòng)阻力均表現(xiàn)為靜壓能的減少，僅當(dāng)水平安裝時(shí)，的流動(dòng)阻力均表現(xiàn)為靜壓能的減少，僅當(dāng)水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)1. 沿程損失沿程損失 流體在直管段中流動(dòng)時(shí)，管道壁面對(duì)于流體會(huì)產(chǎn)流體在直管段中流動(dòng)時(shí)，管道壁面對(duì)于流體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻礙其運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力（沿程阻力），流體流生一個(gè)阻礙其運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力（沿程阻力），流體流動(dòng)中為克服摩擦阻力而損耗的能量稱為沿程損失。動(dòng)中為克服摩擦阻力而損耗的能量稱為沿程損失。通常采用達(dá)西通

26、常采用達(dá)西-維斯巴赫公式計(jì)算，即維斯巴赫公式計(jì)算，即 2.5 沿程損失和局部損失沿程損失和局部損失212uLhdg2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)2. 局部損失局部損失 流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)斷面變化處、轉(zhuǎn)向處、分支流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)斷面變化處、轉(zhuǎn)向處、分支或其他使流體流動(dòng)情況發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)有阻礙運(yùn)動(dòng)或其他使流體流動(dòng)情況發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)有阻礙運(yùn)動(dòng)的局部阻力產(chǎn)生，為克服局部阻力所引起的能量損失的局部阻力產(chǎn)生，為克服局部阻力所引起的能量損失稱為稱為局部損失局部損失。計(jì)算公式為：。計(jì)算公式為：hj=u2/(2g) 流體在流動(dòng)過(guò)程中的總

27、損失等于各個(gè)管路系統(tǒng)所流體在流動(dòng)過(guò)程中的總損失等于各個(gè)管路系統(tǒng)所產(chǎn)生的所有沿程損失和局部損失之和，即產(chǎn)生的所有沿程損失和局部損失之和，即h=hl+hj 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【例例】如圖如圖1-7所示，若蓄水池至用水設(shè)備的輸水管的總所示，若蓄水池至用水設(shè)備的輸水管的總長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為30m，輸水管的直徑均為，輸水管的直徑均為100mm，沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù)為為=0.05，局部阻力有：水泵底閥一個(gè)，局部阻力有：水泵底閥一個(gè)，=7.0；90彎彎頭四個(gè)，頭四個(gè)，=1.5；水泵進(jìn)出口一個(gè)，；水泵進(jìn)出口一個(gè)，=1.0；止回閥

28、一個(gè)，；止回閥一個(gè)，=2.0;閘閥兩個(gè)，閘閥兩個(gè)，=1.0;用水設(shè)備處管道出口一個(gè)，用水設(shè)備處管道出口一個(gè)，=1.5。試求。試求:（1） 輸水管路的局部損失；輸水管路的局部損失；（2） 輸水管道的沿程損失輸水管道的沿程損失;（3） 輸水管路的總水頭損失輸水管路的總水頭損失;（4） 水泵揚(yáng)程的大小。水泵揚(yáng)程的大小。2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【解解】由于從蓄水池到用水設(shè)備的管道的管徑不變，均由于從蓄水池到用水設(shè)備的管道的管徑不變，均為為100mm，因此，總的局部水頭損失為：，因此，總的局部水頭損失為：hj=u2/(2g)=

29、4.47(m)整個(gè)管路的沿程損失為：整個(gè)管路的沿程損失為：hl=L u2/(d2g)=3.45(m)輸水管路的總損失為：輸水管路的總損失為：h=hj+hl=4.47+3.45=7.92(m)水泵的總揚(yáng)程為：水泵的總揚(yáng)程為： hb=40.92+h=40.92+7.92=48.84(m)2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-7 Back2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【例題例題】 圓管直徑 mm，管長(zhǎng) m，輸送運(yùn)動(dòng)粘度 cm2/s的石油，流量 m3/h，求沿程損失

30、。200d1000l6 . 1144Vq【解解】 判別流動(dòng)狀態(tài)20005 .1587106 . 12 . 027. 1Re4Vd為層流 式中 27. 12 . 014. 336001444422dqVV（m/s） 57.16806. 9227. 12 . 010005 .1587642642222fgVdlRegVdlh（m 油柱） 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)【例題例題】 輸送潤(rùn)滑油的管子直徑 8mm，管長(zhǎng) 15m，如圖6-12所示。油的運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s，流量 12cm3/s，求油箱的水頭 （不計(jì)局部損失）。 dl61

31、015Vqh圖示 潤(rùn)滑油管路 239. 0008. 014. 3101244242dqVV（m/s） 雷諾數(shù) 20005 .1271015008. 0239. 06VdRe為層流列截面1-1和2-2的伯努利方程f222211202hgVgpgVgphaa2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)為油箱面積足夠大，取01VgVdlRegVh264222222f806. 92239. 0008. 0155 .12764806. 92239. 022275. 2(m) ，則2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體

32、力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)書(shū)上例題P192. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)v 一、孔口出流一、孔口出流v 液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水力現(xiàn)象。力現(xiàn)象。v 孔口分類：孔口分類：v 大孔口大孔口 H/dH/d1010v 小孔口小孔口 H/d10H/d10v 流動(dòng)分類：恒定和非恒定出流流動(dòng)分類：恒定和非恒定出流v 出流分類：自由出流和淹沒(méi)出出流分類：自由出流和淹沒(méi)出流流v 收縮分類：完善收縮和不完善收縮分類：完善收縮和不完善收縮收縮 2. 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)2.5孔口、管嘴出流及兩相流體簡(jiǎn)介孔口

33、、管嘴出流及兩相流體簡(jiǎn)介2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) v薄壁：出孔水流與孔壁僅在周線上接薄壁：出孔水流與孔壁僅在周線上接v觸，即孔壁厚度對(duì)出孔水股沒(méi)有影響。觸，即孔壁厚度對(duì)出孔水股沒(méi)有影響。v 小孔口：小孔口：H/d10H/d10v1) 1)小孔口的自由出流小孔口的自由出流v p pc c=p pa a=0 =0 v v 薄壁小孔口自由出流的基本公式薄壁小孔口自由出流的基本公式 gvhhjw2220gvgvHcc2)(220200000221gHgHvcc0022gHAgHAAvQcc1、薄壁小孔口恒定出流、薄壁小孔口恒定出流2022-3-4第一章第一章

34、流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)薄壁小孔口出流的各項(xiàng)系數(shù)薄壁小孔口出流的各項(xiàng)系數(shù) v流速系數(shù)流速系數(shù) v實(shí)驗(yàn)測(cè)得孔口流速系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得孔口流速系數(shù) = 0.970.98。 v孔口的局部阻力系數(shù)孔口的局部阻力系數(shù) 0 ,v孔口的孔口的收縮系數(shù)收縮系數(shù)v孔口的孔口的流量系數(shù)流量系數(shù) ，= 。v 對(duì)薄壁小孔口對(duì)薄壁小孔口= 0.600.62。 00111c06. 097. 011122064.0/AAc2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) 2、淹沒(méi)出流、淹沒(méi)出流v當(dāng)出孔水流淹沒(méi)在下游水面之下。當(dāng)出孔水流淹沒(méi)在下游水面之下。孔口淹沒(méi)出流的流速和流量孔口淹沒(méi)出流的流速和流

35、量均與孔口的淹沒(méi)深度無(wú)關(guān)，均與孔口的淹沒(méi)深度無(wú)關(guān)，也無(wú)也無(wú)“大大”、“小小”孔口的區(qū)別。孔口的區(qū)別。 0022gHAgHAAvQccgvgvHH2222221102022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)二、管嘴出流二、管嘴出流v 在孔口接一段長(zhǎng)在孔口接一段長(zhǎng)l=(3l=(34)d4)d的短管，液流經(jīng)過(guò)的短管，液流經(jīng)過(guò)短管并充滿出口斷面流出短管并充滿出口斷面流出的水力現(xiàn)象。的水力現(xiàn)象。v 根據(jù)實(shí)際需要管嘴可根據(jù)實(shí)際需要管嘴可設(shè)計(jì)成：設(shè)計(jì)成：v1 1）圓柱形：內(nèi)管嘴和外）圓柱形：內(nèi)管嘴和外管嘴管嘴v2 2）非圓柱形：擴(kuò)張管嘴）非圓柱形：擴(kuò)張管嘴和和 收縮管嘴。收縮管嘴。

36、2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)v1 1、圓柱形外管嘴恒定出流、圓柱形外管嘴恒定出流 whgvgvH22220000221gHgHvnngvhnw222022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)管嘴的流量系數(shù)管嘴的流量系數(shù)v管嘴阻力系數(shù)管嘴阻力系數(shù) n= 0.5 v管嘴流速系數(shù)管嘴流速系數(shù) v管嘴流量系數(shù)，因出口無(wú)收縮管嘴流量系數(shù)，因出口無(wú)收縮n=n= 0.82 v顯然顯然n= 1.32。可見(jiàn)在相同條件，管嘴的過(guò)流可見(jiàn)在相同條件，管嘴的過(guò)流能力是孔口的能力是孔口的1.321.32倍倍。 82.05.0111nn2022-3-4第一章第一章 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)2 2圓柱形外管嘴的真空?qǐng)A柱形外管嘴的真空 v孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加，這是由于收縮斷面處真空的作用。增加，這是由于收縮斷面處真空的作用。v對(duì)圓柱形外管嘴對(duì)圓柱形外管嘴：v=1=1， =0.64=0.64， =0.82 =0.82 jcchgvgvp2222vvAAvcc1gvgvvpsec22292222022211Hpc075.