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第一节流体力学基本知识 一、流体基本物理性质 一、流体基本物理性质 流体是液体和气体的总称。流体力学是研究静止流体的力学规律和运动流体的能量转化及能量损失规律的一门学科。在火力发电厂中，不但有很多热力设备的工作与流体力学有着密切关系，而且在这些设备和管路上还有不少压力计、流量计、测速表等测量仪器，也是根据水力学原理制成的。 流体力学 因此要学好专业课，必须掌握流体力学的基本知识。流体的静止与运动规律不仅受到外部条件的制约，同时也与流体自身的物理性质有关。因此下面我们首先介绍一下流体的基本物理性质，其中包括：流体的流动性、惯性、压缩性、膨胀性和黏滞性。 流体流动性 （一）流体流动性 流体的流动性是流体的基本特性。它是在流体自身重力或外力作用下产生的，也是流体容易通过管道输送的原因。流体之所以有这样的特性，是由构成它的分子决定的。液体和气体分子间的引力同固体分子间的引力相比都是很小的，这是流体在力作用下容易产生流动的根本原因。 流体流动性 液体分子间的引力比气体大，其分子间隙小，排列紧密，在压力变化不十分大的情况下，体积基本保持不变，所以液体称为不可压缩流体；气体则不然，分子间间隙大而且松散，在压力变化不大的情况下，体积就有明显的变化，所以气体称为可压缩流体。本书讲述的是不可压缩流体。 流体质量 （二）流体质量 流体质量与惯性物体的质量是指物体所含物质的多少，物体所含物质越多，其质量越大，所含物质越少，其质量也就越小。物体的质量与惯性有一定的关系：物体质量越大，惯性越大；物体质量越小，则惯性也越小。物体受力后运动状态要发生变化，改变物体运动状态的难易程度说明物体惯性的大小，物体受力后容易改变运动状态，说明它惯性小，反之，惯性就大。 作用力、质量与加速度 力是使物体运动状态改变的原因，即产生加速度的原因。对一定质量的物体，对它施加的作用力越大，则产生的加速度也越大；当加速度一定时，质量越大，则所需的作用力也越大。作用力、质量与加速度的关系如下 加速度的含义 加速度的含义是，一个运动的物体每秒钟内产生的速度变化量。 比如一个运动物体每秒速度的 小面积上的真实静压力，称此压力为点静压力。 绝对压力与表压力 （三）绝对压力与表压力 容器内介质压力有的高于大气压力，有的低于大气压力。介质压力高于大气压的称正压，低于大气压的称负压。在火力发电厂中，处于正压下工作的设备有锅炉汽包、蒸汽管路、给水管路等；处于负压下工作的设备有负压燃烧炉膛、吸风机前烟道及制粉系统、凝汽器等。 绝对压力 压力按压力基准不同分为绝对压力与表压力。 绝对压力是指容器内完全没有压力时作为压力起点算起的压力，记为 Pj ；而表压力是以大气压力为起点算起的压力，记为 Pb 。所以表压力是指高于或低于大气压力的压力。前者数值为正，后者数值为负。负压有时称真空，如凝汽器真空。 h１小于汽包中液位高 h２ 上式说明，在液面作用压力相同的情况下，液体密度与液柱高成反比。由于水位计及连通管散热较强，水位计内的水温比汽包内的水温低，水位计中水的密度比汽包中水的密度大，故水位计的液位高 h１小于汽包中液位高 h２ 。 管子中心线处 流体运动时，液体中每一点的压力 p 和流速 u ，反映了流体各点的运动情况。因此，压力和流速是液体运动的基本要素。 如图 1 一 14 所示，一根粗细不均的排水管，在粗细不同的管段上装上测压管。当液体静止时，测压管指示高度相同，这时完全符合静力学基本规律。 管子中心线处 但在容器内水位不变的条件下，水由排出管向外流出时，其测压管高度发生变化，粗处的测压管水柱高，而细处测压管水柱低。这说明管子中心线处的压力流速都不一样，压力是粗处大，细处小，而流速是粗处小，细处大。这说明流体的运动要素反映了流体运动的基本情况。 液体是有黏性 实际液体是有黏性的，因此在圆管半径上不同点的流速是不一样的。对流体某一点来说的流速称为点流速，记作u０　。液体在管内点流速的变化规律是这样的：紧挨着管壁的液体黏附在管壁上，其流速为零，在管子半径上的各点随液体远离管壁而接近轴心时，流速不断增加，至管子轴心处流速达最大值 u max　　 ０≤ u０ ≤u max　 平均流速 在实际工作中，为了计算方便常引用平均流速的概念。流体在流过横断面时，其各点都具有相同的流速，在这个流速下，所流过的流量与同一断面各点以实际流速流动时所流过的流量相当，这个流速称平均流速。记为单位为米每秒（m／ s ）。体积流量 qv 等于平均流速Ｃ与管子横断面 A 之积，即 理想液体的伯努利方程 上式就是理想液体的伯努利方程式。 由图 l 一 18 可看出，因所取两个断面大小不同，位置高度不等，它们的压力能头、速度能头和位置能头也不相同。当水平管道断面积减小时，该断面的速度能头就要增加，压力能头就会相应地减