《流體力學(xué)ch》課件

流體力學(xué)歡迎來(lái)到流體力學(xué)課程。本課程將深入探討流體運(yùn)動(dòng)的原理、應(yīng)用和實(shí)際問(wèn)題。我們將從基本定律開(kāi)始，逐步深入到復(fù)雜的流體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。流體運(yùn)動(dòng)的基本定律1質(zhì)量守恒描述流體質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)增加或減少的原理。2動(dòng)量守恒說(shuō)明流體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)量的變化等于外力作用的結(jié)果。3能量守恒闡述流體系統(tǒng)中能量的轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系。質(zhì)量守恒定律控制體積選定一個(gè)固定的空間區(qū)域作為研究對(duì)象。入流質(zhì)量進(jìn)入控制體積的流體質(zhì)量。出流質(zhì)量離開(kāi)控制體積的流體質(zhì)量。質(zhì)量平衡入流質(zhì)量等于出流質(zhì)量，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持不變。動(dòng)量守恒定律動(dòng)量變化流體的動(dòng)量變化等于作用在流體上的外力之和。這包括壓力力、重力和摩擦力等。應(yīng)用動(dòng)量守恒定律廣泛應(yīng)用于噴氣推進(jìn)、水輪機(jī)設(shè)計(jì)和管道系統(tǒng)分析等領(lǐng)域。能量守恒定律1動(dòng)能流體運(yùn)動(dòng)的能量。2勢(shì)能由流體位置決定的能量。3內(nèi)能流體分子運(yùn)動(dòng)和相互作用的能量。4熱能流體與環(huán)境間的熱量交換。5功外力對(duì)流體所做的功。流體靜力學(xué)的基本概念壓力單位面積上的垂直力。密度單位體積的質(zhì)量。粘度流體抵抗變形的能力。液體靜壓力等壓面靜止液體中壓力相等的面，通常為水平面。壓強(qiáng)隨深度變化液體靜壓力隨深度線性增加，與液柱高度成正比。帕斯卡定律靜止液體中壓力在各個(gè)方向上相等。桿流與噴流桿流流體在管道中的流動(dòng)，特點(diǎn)是截面積不變，速度分布不均勻。噴流流體從小孔噴出形成的自由流動(dòng)，特點(diǎn)是截面積變化，速度分布較均勻。貝努利方程1壓力能流體單位質(zhì)量所具有的壓力能。2動(dòng)能流體運(yùn)動(dòng)所具有的能量。3位能流體由于高度所具有的勢(shì)能。4能量守恒上述三種能量之和在理想流體流動(dòng)中保持不變。流量測(cè)量文丘里管利用管道收縮段壓力差測(cè)量流量。皮托管測(cè)量流體總壓和靜壓之差來(lái)確定流速?？装辶髁坑?jì)通過(guò)測(cè)量孔板兩側(cè)壓差來(lái)計(jì)算流量。電磁流量計(jì)利用法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量導(dǎo)電流體流量。層流與湍流層流流體以平行層的形式流動(dòng)，各層之間沒(méi)有混合。特點(diǎn)是流線平滑、穩(wěn)定。湍流流體運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)不規(guī)則的脈動(dòng)，各部分之間發(fā)生混合。特點(diǎn)是流線紊亂、不穩(wěn)定。層流與湍流的判別雷諾數(shù)無(wú)量綱參數(shù)，用于判斷流動(dòng)狀態(tài)。Re=ρvd/μ臨界雷諾數(shù)流動(dòng)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界值。判別標(biāo)準(zhǔn)Re<Re臨界：層流；Re>Re臨界：湍流邊界層理論1邊界層形成流體與固體表面接觸處形成的薄層。2速度分布邊界層內(nèi)速度從零逐漸增加到主流速度。3層流邊界層低雷諾數(shù)下形成，流動(dòng)平穩(wěn)。4湍流邊界層高雷諾數(shù)下形成，流動(dòng)紊亂。粘性流動(dòng)的阻力表面摩擦阻力流體與固體表面直接接觸產(chǎn)生的阻力。形狀阻力由于物體形狀導(dǎo)致的壓力分布不均而產(chǎn)生的阻力。誘導(dǎo)阻力主要存在于升力面上，與升力產(chǎn)生有關(guān)?？傋枇ι鲜龈鞣N阻力的綜合效果。管道流動(dòng)圓管流動(dòng)最常見(jiàn)的管道流動(dòng)形式。速度分布管道中心速度最大，壁面速度為零。壓力分布沿流動(dòng)方向壓力逐漸降低。管道流動(dòng)的摩擦損失1達(dá)西-韋斯巴赫公式計(jì)算管道摩擦損失的經(jīng)典公式。2摩擦系數(shù)與管道粗糙度和雷諾數(shù)有關(guān)。3管長(zhǎng)摩擦損失與管長(zhǎng)成正比。4流速摩擦損失與流速的平方成正比。5管徑摩擦損失與管徑的五次方成反比。局部阻力彎頭流體方向改變導(dǎo)致的能量損失。突擴(kuò)和突縮管道截面突然變化引起的損失。閥門(mén)流體通過(guò)閥門(mén)時(shí)的能量損失。三通流體分流或匯流時(shí)的能量損失。機(jī)械能損失沿程損失流體在直管段運(yùn)動(dòng)時(shí)由于摩擦引起的能量損失。與管長(zhǎng)、流速和管道特性有關(guān)。局部損失流體通過(guò)管道中的各種局部構(gòu)件時(shí)產(chǎn)生的能量損失。與流速和局部損失系數(shù)有關(guān)。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1需求分析確定流量、壓力和介質(zhì)特性要求。2管徑選擇根據(jù)流量和允許壓降選擇合適的管徑。3材料選擇考慮介質(zhì)特性、壓力和溫度選擇管道材料。4布局設(shè)計(jì)優(yōu)化管道路徑，減少?gòu)濐^和局部阻力。5附件選擇選擇合適的閥門(mén)、法蘭和其他附件。泵與風(fēng)機(jī)泵用于輸送液體的機(jī)械設(shè)備。風(fēng)機(jī)用于輸送氣體的機(jī)械設(shè)備。能量轉(zhuǎn)換將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體能量。泵的工作原理吸入流體進(jìn)入泵腔。加壓泵內(nèi)機(jī)械部件對(duì)流體做功。排出高壓流體離開(kāi)泵腔。循環(huán)重復(fù)上述過(guò)程，持續(xù)輸送流體。離心泵的特性曲線揚(yáng)程曲線描述泵的揚(yáng)程與流量的關(guān)系。功率曲線顯示泵的功耗隨流量的變化。效率曲線表示泵的效率隨流量的變化。NPSH曲線描述防止空化所需的進(jìn)口壓力。離心泵的效率1總效率輸出的有效功率與輸入功率之比。2水力效率考慮水力損失后的效率。3容積效率考慮泄漏損失后的效率。4機(jī)械效率考慮機(jī)械摩擦損失后的效率。變壓力與變流量變壓力運(yùn)行通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速或閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變系統(tǒng)壓力。適用于需要不同壓力的場(chǎng)合。變流量運(yùn)行通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速或旁通閥來(lái)改變系統(tǒng)流量。適用于需要不同流量的場(chǎng)合。液體輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)1需求分析確定流量、壓力和輸送距離要求。2泵選型根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適的泵。3管道設(shè)計(jì)計(jì)算并選擇合適的管徑和材料。4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)以優(yōu)化運(yùn)行。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能?？刂崎y控制液壓油的流向和壓力。執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。液壓缸的工作原理進(jìn)油高壓油進(jìn)入缸體一側(cè)。活塞移動(dòng)油壓推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。排油另一側(cè)油液被排出。往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)控制進(jìn)排油實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液壓閥的工作原理方向控制閥控制液壓油的流動(dòng)方向。壓力控制閥調(diào)節(jié)和限制系統(tǒng)壓力。流量控制閥調(diào)節(jié)液壓油的流量。單向閥允許液壓油單向流動(dòng)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1需求分析確定系統(tǒng)的力、速度和精度要求。2回路設(shè)計(jì)繪制液壓原理圖，選擇合適的元件。3參數(shù)計(jì)算計(jì)算系統(tǒng)壓力、流量和功率需求。4元件選型選擇泵、閥、缸等液壓元件。5系統(tǒng)集成組裝系統(tǒng)并進(jìn)行調(diào)試。氣動(dòng)元件的工作原理壓縮機(jī)提供高