精选课件第3节流体动力学.ppt

第一章 流体流动 流 体 动 力 学 第三节 流体动力学 本节重点: 连续性方程(质量守衡) 柏努利方程(机械能守衡) 本节难点: 柏努利方程应用 一、稳定流动与非稳定流动 1.稳定流动（图a） *流动参数 (压力、流速等) 只与空间位置有关而与时间无关的流动。 2.不稳定流动（图b ） *流动参数 (压力、流速等)既与空间位置有关而又与时间有关的流动。 二、连续性方程（质量守衡） 稳定流动系统： qm1 = qm2 因： qm = uAρ 则: u1A1ρ1 =u2A2ρ2 若流体为液体ρ=常数 则： u1A1=u2A2 圆管： 变 径 管 例题： 如图所示，管路组成： 管1： φ89×4mm 管2： φ108×4mm 管3a及3b：φ57×3.5mm 水在管路中稳定流动 体积流量9×10－3m3/s 且在两段分支管内的流量相等 求水在各段管内的速度： u1 u2 u3a u3b 解：管1的内径为： 则水在管1中的流速为： 管2的内径为： 则水在管2中的流速为： 管3a及3b的内径为： 水在分支管路3a、3b中的流量相等，则： 即水在管3a和3b中的流速为： 复习： 压强（压差）测量 1 流体静力学方程应用 液位高度测量 液封高度计算 稳定流动 2 流动形态 非稳定流动 3 连续性方程（质量衡算） 三、稳定流动系统能量衡算 三、稳定流动系统能量衡算 （2）稳定流通系统与外界交换的能量 外加功We---- 1kg流体从输送机械所获得的能量，J/kg 热 量Qe ---- 1kg流体在流动过程中吸收或释放的热量，J/kg 能量损失Σhf ---- 1kg流体在流动过程中的能量损失，J/kg 三、稳定流动系统的能量恒算式 2.能量恒算式推导 图示的系统中，流体从截面1-1′流入，从截面2-2′流出。管路上装有对流体作功的泵及向流体输入或从流体取出热量的换热器。 并假设： （a）连续稳定流体； （b）两截面间无旁路 流体输入、输出； （c）系统热损失为零。 2. 推导 2. 推导 根据能量守恒定律，连续稳定流动系统的能量衡算： 三、稳定流动系统能量衡算 3.柏努利方程讨论： （1）１kg流体为基准的能量衡算式： 当系统不涉及与环境间的热量交换及温度变化时，此时U1=U2 Qe =0，以１kg流体为基准的能量衡算式为: 3.柏努利方程讨论 (2) 若系统中的流体为不可压缩流体(液体)ρ1=ρ2,故上式可进一步简化为： (3) 可压缩流体(气体), 若流动系统两截面间的绝对压力变化较小(在20%范围内)时,可采用伯努利方程计算,但流体的密度应采用两截面间的平均密度计算. (4) 静止流体 u=0, Σhf =0, We =0, 伯努利方程变为: (5) 理想流体,μ=0，Σhf =0, 当无外加功即We =0时: 3.柏努利方程讨论 (6)以１N 流体为基准的能量衡算式为: 式中: --位压头、 --动压头、 --静压头、 --外加压头 --压头损失 4.伯努利方程应用(例题) 例： 已知管道尺寸为?114?4mm，流量为85m3/h，水在管路中流动时的总摩擦损失为10J/kg（不包括出口阻力损失），喷头出口处压力较塔内压力高20kPa，水从塔中流入下水道的摩擦损失可忽略不计，塔的操作压力为常压，泵的效率为65%。 任务：确定泵的轴功率。 4、柏努利方程式应用（解题要点） 应用柏努利方程的解题要点: 在用柏努利方程解题时，一般应先根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围。解题时需注意以下几个问题: 1．截面的选取 截面的正确选择对于顺利进行计算至关重要，选取截面应使： （a）?两截面间流体必须连续 （b）两截面与流动方向相垂直（平行流处，不要选取阀门、弯头等部