1、2022-5-181 基礎(chǔ)篇 第一章第一章 流體力學(xué)基本知識(shí)流體力學(xué)基本知識(shí)2022-5-182 一、流體的概念一、流體的概念 液體和氣體易于流動(dòng)，統(tǒng)稱為流液體和氣體易于流動(dòng)，統(tǒng)稱為流體。體。 二、流體力學(xué)的概念二、流體力學(xué)的概念 研究流體平衡與運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律研究流體平衡與運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)及其應(yīng)用的科學(xué)2022-5-183 三、流體的主要物理性質(zhì)三、流體的主要物理性質(zhì) 1 1、密度及比容：、密度及比容： 物體單位容積所具有的質(zhì)量物體單位容積所具有的質(zhì)量稱為密度；而密度的倒數(shù)即單位稱為密度；而密度的倒數(shù)即單位質(zhì)量的容積稱為比容質(zhì)量的容積稱為比容 2022-5-184 2、容重或重度

2、物體單位容積的重量2022-5-185 3、流體的壓縮性及膨脹性 1）壓縮性： 流體的容積與壓強(qiáng)的變化成反比的性質(zhì) 2）膨脹性： 容積與溫度變化成比例的性質(zhì)2022-5-186 液體的壓縮性及膨脹性很小、在很多工程技術(shù)常忽略不計(jì)，對(duì)工程計(jì)算誤差影響甚小。 但在熱水工程中為了保證運(yùn)行安全，還是應(yīng)考慮其膨脹性，如在熱水工程中設(shè)膨脹水箱、安全閥等。2022-5-187 氣體具有顯著的壓縮性和膨膿性，其容重、壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度三者的關(guān)系如下式：對(duì)于流速較低的氣體，在壓強(qiáng)及溫度變化不大時(shí)，其容重的變化也比較小，在一般工程應(yīng)用中可視為常數(shù)。 2022-5-188 4、易流性 流體的形狀隨容器形狀的不同而改變

3、，這是由于流體不能承受剪力所形成的，這種性質(zhì)稱為易流性。 液體在重力作用下由高處向低處流，易流性是改變液體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要因素。 2022-5-189 5、粘滯性 流體在運(yùn)動(dòng)中，由于分子問的動(dòng)量交換和分子間的作用力會(huì)引起內(nèi)摩擦阻力，這種性質(zhì)稱為流體的粘滯性。 粘滯性的大小隨流體的種類及所處的外界條件而不同。例如流體中的水與重油，溫度的高低都影響其粘滯性的變化。 牛頓試驗(yàn)研究提出與粘滯性有關(guān)的內(nèi)摩擦定律為 2022-5-18102022-5-18112022-5-1812 四、計(jì)量單位 1、國際單位 1）基本單位：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、電流和發(fā)光強(qiáng)度7種物理量的單位。 其中與流體

4、力學(xué)及傳熱學(xué)有關(guān)的是前5種 相應(yīng)的單位名稱和符號(hào)為米(m)、千克(kg)、秒(s)、開爾文（k）、摩爾(mol)，2022-5-1813 2）導(dǎo)出量和導(dǎo)出單位 均以基本量和基本單位表示，如速度為ms、密度為kgm3、耗熱量為w等。 . 2022-5-1814 2、工程單位 1）基本單位 工程單位以力(kg)、長(zhǎng)度(m)及時(shí)間(s)三個(gè)物理量為基本量 其他的物理單位均以基本量表示 如密度為kgm3、速度為ms、容重為kgm3、壓強(qiáng)為kgcm2及熱量(cal)等2022-5-1815第二章 流體靜力學(xué) 一、流體靜力學(xué)概念 研究流體靜止或平衡時(shí)的力學(xué)規(guī)律及其工程應(yīng)用的科學(xué)。 由于，不呈現(xiàn)粘滯性，不存

5、在切力，也不能承受拉力，故其所受的力只能是壓力。 2022-5-1816 二、壓強(qiáng) 在靜水中，取一微小面積w,其上作用靜水壓力P，則面積上的平均壓強(qiáng) 2022-5-18172022-5-1818 三、靜止流體壓強(qiáng)的兩個(gè)特性： (1)靜止壓強(qiáng)的方向 必然沿著作用面的，即垂直指向作用面。這是因?yàn)殪o止流體內(nèi)的應(yīng)力只能是壓應(yīng)力； (2)流體中任一點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的大小 與作用的方向無關(guān)。換言之，一點(diǎn)上各個(gè)方向的壓強(qiáng)均相等。這是因?yàn)殪o止流體中某一點(diǎn)受四面八方的壓應(yīng)力而達(dá)到平衡。2022-5-1819 四、流體靜力學(xué)基本方程2022-5-18202022-5-1821第三章 流體動(dòng)力學(xué) 一、 動(dòng)力學(xué)的基本原理

6、流體動(dòng)力學(xué)是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。 在流體靜力學(xué)中壓強(qiáng)只與水深有關(guān)，或者說與所處空間位置有關(guān) 在流體動(dòng)力學(xué)中，壓強(qiáng)還與運(yùn)動(dòng)情況有關(guān) 2022-5-1822 二、流體運(yùn)動(dòng)的基本概念 流體運(yùn)動(dòng)是由無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)所組成的，且各質(zhì)點(diǎn)之間都有力相互作用，質(zhì)點(diǎn)上的力和其本身的運(yùn)動(dòng)存在一定的規(guī)律性，找到其原因，就可以解決運(yùn)動(dòng)中的問題。 下邊介紹流體運(yùn)動(dòng)中的幾個(gè)基本概念。2022-5-1823 1、流線 液流中同一瞬間由許多質(zhì)點(diǎn)組成的曲線，該曲線上任一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的流速方向，它形象地描繪了該瞬時(shí)整個(gè)液流的流動(dòng)情況(圖31)2022-5-1824 2、流管 在液流中取一封閉垂直于流向的平面，在其中

7、劃出權(quán)微小面積，則其周邊上各點(diǎn)的流線構(gòu)成流管 3、流束 流管內(nèi)流線的總和 4、股流 充滿流管內(nèi)的流體2022-5-1825 5、過流斷面 在股流上垂直于所有流線的截面。其形狀隨流線形狀而定可能是平面或曲面。 6、元流與總流 過流斷面為無限小時(shí)的流束稱為元流 過流斷面為有限大時(shí)的流束稱為總流。2022-5-1826 三、流體運(yùn)動(dòng)的分類 流體運(yùn)動(dòng)受其物性和邊界條件的影響呈現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情況。 常根據(jù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分類。 2022-5-1827 1根據(jù)流動(dòng)要素(流速與壓強(qiáng))與流行時(shí)間分類 1）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，而僅與所處位置有關(guān)的流體流動(dòng)稱為恒定流。 在這種流動(dòng)中流線與質(zhì)

8、點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡相重合。 2）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)則稱為非恒定流，水位隨水的放出而不斷改變的水流運(yùn)動(dòng)。 非恒定流的情況較復(fù)雜，以后一般問題多為恒定流的。 2022-5-1828 2根據(jù)流體流速變化分類 1）均勻流 流體流速的的水流稱為均勻流。 這種穩(wěn)定流動(dòng)的流線為相互平行的直線，在輸送流體的等管徑管道內(nèi)的液流即屬于均勻流。 2）非均勻流 流體過流斷面沿程改變或流動(dòng)方向變化，會(huì)使同一流線上的各點(diǎn)流速大小和方向發(fā)生變化這種流動(dòng)稱為非均勻流。 在管道上擴(kuò)大或縮小處的水流運(yùn)動(dòng)即為非均勻流。在非均勻流中，若流線幾乎是平行的且接近直線對(duì)稱為漸變流，過流斷面可認(rèn)為是平面；不能滿足

9、漸變流條件的非均勻流即為急變流。 2022-5-1829 3、按液流運(yùn)動(dòng)接觸的壁面情況分類 1）有壓流 流體過流斷面的周界為壁面包圍，為有壓流或壓力流。般供水、供熱管道均為壓力流。 2）無壓流 流體過流斷面的壁和底均為壁面包圍，但者稱為無壓流或重力流。如河流、明渠等。 3）射流的液流，如噴泉、消火桂等噴射的水柱。 2022-5-1830 四、流體流動(dòng)的因索 1、過流斷面 流體流過通道的斷面積稱為過流斷面，單位為m2 。在均勻流，過流斷面為一平面。2022-5-1831 2平均流速 在不能壓縮及無粘滯性的理想均勻流中，流速是不變的。 但在實(shí)際工程中，流體與流道壁間存在著摩阻力，過流斷面上各點(diǎn)的流

10、速是不等的，靠近壁處阻力大、流速小，近中心處流速大(圖32)。2022-5-1832 為計(jì)算方便，常取過流斷面上的平均流速 2022-5-1833 3、流量2022-5-1834 五、流體運(yùn)動(dòng)的基本方程 1、連續(xù)性方程2022-5-1835 2、能量方程2022-5-18362022-5-18372022-5-18382022-5-18392022-5-1840第四章 流體流動(dòng)阻力 流體具有不同的粘滯性，在流動(dòng)中為了克服阻力而消耗的能量稱為阻力損失。，因此計(jì)算流體的阻力損失應(yīng)了解水流的形態(tài)。 2022-5-1841 一、 流體的流動(dòng)形態(tài) 流體在流動(dòng)中，由于流速不同而呈現(xiàn)出兩種不同的流動(dòng)形態(tài)層流和紊流。 1、層流與紊流 在一端裝有閥門的長(zhǎng)玻璃管中充滿水，稍開啟閥門放水，并由小管注入有顏色水流，則可見管內(nèi)顏色水成一穩(wěn)定細(xì)梳，這種流型稱為。當(dāng)閥門開大，水流速增加時(shí)，管中有色線產(chǎn)生振蕩被動(dòng)再開大閥門到一定程度，流速增大，水流中色線摻混紊亂，此時(shí)稱為紊流。 2022-5-1842 2、雷諾數(shù) 英國物理學(xué)家雷諾曾作過試驗(yàn)并得到判斷流型的計(jì)算式，稱為雷諾公式：2022-5-18432022-5-1844 3、沿程損失和局部損失 1）沿程損失 流體流動(dòng)