环境工程原理2. 流体的流动过程.pptx

第2章;流体可分为液体和气体。;;2.1 流体流动中的作用力;2.1 流体流动中的作用力;2.1.1 质量力和密度;;解：在工程计算过程中，为简便起见，常将干空气的组成视为：O2-21%、N2-79%（以上均为摩尔分数）。据此可由式（2-3）求得空气的平均摩尔质量为;ρ= ρ1x1+ ρ2x2+……+ ρnxn (2-4);;;流体的相对密度可借助比重计测量，方法简便易行。通常在工程手册中可查到部分常见液体的相对密度曲线图，如图2-1所示的是硫酸-水溶液的相对密度曲线图。利用相对密度曲线可查出液体在各种温度、浓度条件下的相对密度数据，用式（2-7）即可换算成液体的密度。;图2-1 硫酸溶液的相对密度曲线图;解：硫酸－水溶液的密度可借助其相对密度曲线图确定。 由图2-l查得60℃、浓度为70%的硫酸－水溶液的相对密度为1.575，水的密度以1000 kg / m3 计。 由式（2-8）可得硫酸－水溶液的密度为 1.575×1000 = l 575 kg／m3;2.1.2 压力和压强;静压强的法定计量单位是N/m2，即Pa（帕斯卡）。此外，过去用的压强单位很多，如物理大气压（atm）、工程大气压（at）、巴（bar）等。在工程实践过程中，有时为了简便直观，还常用流体柱的高度来表示流体压强的大小，如毫米汞柱（mmHg）、米水柱（mH2O）。若将式（1-9）中流体对作用面在垂直方向上的作用力F替换成高度为z的流体柱的重力，则有;1 atm = 1.033 kg f/cm2 = 760 mmHg = 10.33 mH2O = 1.0133 bar = 1.013×105 Pa 1 at = 1 kg f/cm2 = 735.6 mmHg = 10 mH2O = 0.9807 bar = 9.807×104 Pa 由式（2-11）可知，在压强一定的条件下，当流体的密度不同时，z值不同。所以，在书写单位时应说明流体的种类。;;;压力常用仪表来测量，所用仪表本身受大气压力的作用，在大气中的读数为零。因此多数压力仪表测得的压力只是实际压力与当地大气压力的差值，这种压力差值是被测压力对大气压力的相对值，习惯称作表压力（或表压强），表压力是以当地大气压作为基准零值算起的压力、它与绝对压力的关系为：绝对压力 = 大气压 + 表压力;图2-2表示了绝对压力、大气压力、表压力与真空度之间的关系。在环境流体计算中常以表压强表示。;;;2.1.2.2 压强的特性;2.1.2.2 压强的特性;2.1.3 剪力、剪应力和粘滞性;图2-5 粘性流体速度分布曲线;图2-5 粘性流体速度分布曲线;实验证实，内摩擦力F的大小与速度梯度du / dy及接触面积A成正比，表达式如下;在SI单位中;动力粘度μ与密度ρ的比值，称为运动粘度，以ν表示，即;;表2-1 牛顿型流体与牛顿型流体特性;;2.1.4 压缩性和热胀性;（2-14）;;;;;式（2-18）中令压力为常数，则有;;;表2-4 部分液体的表面张力系数;;;细管插入湿润液体或不湿润液体中，液体沿管壁上升或下降的现象都称为毛细管现象，所用细管称为毛细管。毛细管现象是表面张力造成的，通过简单的推导可以计算毛细管中液体上升或下降的高度。水在毛细管中上升的高度为 时，液柱的重量为π r2hρg，方向为垂直向下。液体表面张力为2πrσ，方向沿曲线切线方向斜指向上。若切线与垂直线的夹角为α，则表面张力在垂直方向的分量为2πrcosα，方向为垂直向上。平衡时液柱重量与表面张力的垂直分量相等，由此可列出方程 πr2hρg = 2πrcosα;由上式中解出 ：;2.2 流体静力学方程;在具有密度为ρ的静止流体中，取一微元立方体，其边长分别为 dx、dy 、dz ，它们并分别与x、y、z 轴平行，如图2-7所示。;z轴方向力的平衡可写成;将式（2-22a）、（2-22b）、（2-22c）分别乘以dx、dy、dz ，并相加后得;液体可视为不可压缩的流体，在静止液体中任取两点，如图2-8所示，则有;（2-23b）可知;;;2.2.2 静力学方程的应用;当测量管道中1-1’与2-2’两截面处流体的压强差时，可将U管的两端分别与1-1’及2-2’两截面测压口相连通，由于两截面的压强p1和p2不相等，所以在U管的两侧便出现指示液面的高度差R，R称为压差计的读数，其值大小反映1-1’与2-2’两截面闻的压强差（p1－p2）的大小。（p1－p2）与R的关系式，可根据流体静力学基本方程式进行推导。;;;2.3 流体动力学基本方程;二、流速;;表2-5 某些流体在管路中的常用流速范围;2.3.2 连续性方程;若流体不可压缩，ρ = 常数，则上式可简化为;2.3.3 总能量衡算和伯努利