2005/09/02
2005/0906
核心问题 H 13 wrrwrmwdde 水塔多麽高?泵功率?管道粗细几何?
水塔多麽高？泵功率？管道粗细几何？
4 流动是流体趋于平衡的自发行为 B F Z1=25m z2=15m 能位 Energy potential 水往低处游
能位 Energy potential 4 流动是流体趋于平衡的自发行为
过程的对比 现象 平衡法则 推动力阻力速度 电荷流动电平衡(无电位差)电位差电阻电流强度 流体流动能量平衡(流体静止)|? 流量 热传递热平衡(无温度差)? ? 质量传递相平衡(2)* 平衡判定和速率计犷是过程科学的核心问题
现象 平衡法则 推动力 阻力 速度 电荷流动 电平衡（无电位差） 电位差 电阻 电流强度 流体流动 能量平衡（流体静止） ？ ？ 流量 热传递 热平衡（无温度差） ？ ？ ？ 质量传递 相平衡 （？）* ？ ？ ？ 过程的对比 平衡判定和速率计算是过程科学的核心问题
流量(自学:概念理解、量纲) 体积流量 质量流量 流体速度(自学:概念理解、量纲) 流速 质量流速 速度的平均含义 流动的稳定性(定态与非定态流动) 流动系统中的任一截面上的物性或流动参数, 像密度、速度、压力等,如不随时间变化,该 过程为稳定流动。如果这些量随时间变化,则 有关流体流动的概念 为非稳态过程。 稳定流动系统内部物性或流动参数可能随 位置变化(如因截面大小不同),但其在任一点 (或截面)处均不随时间变化
有关流体流动的概念 • 流量（自学：概念理解、量纲 ） – 体积流量 – 质量流量 • 流体速度（自学：概念理解、量纲 ） – 流速 – 质量流速 – 速度的平均含义 • 流动的稳定性 (定态与非定态流动 ) – 流动系统中的任一截面上的物性或流动参数， 像密度、速度、压力等，如不随时间变化，该 过程为稳定流动。如果这些量随时间变化，则 为非稳态过程。 – 一稳定流动系统内部物性或流动参数可能随 位置变化 (如因截面大小不同 )，但其在任一点 (或截面 )处均不随时间变化。 6
衡算范围:两截面之间①两截面与流体流向正交;② 两截面间无流体流入、流出系统 稳态流动体系衡算关系 输入速率=输出速率 流动体系的 ·连续性方程 u,Alp1=u2A2p 物 UAO =常数 uA=常数(不可压缩流体) 料 由此可知 在连续稳定的不可压缩流体的流动中,流体流速与管 道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小,反之 亦然 衡算 流体在均匀管段内流动时,流速沿程恒定,不因有摩 擦而减小(这与固体运动不同)
流 动 体 系 的 物 料 衡 算 • 衡算范围：两截面之间①两截面与流体流向正交；② 两截面间无流体流入、流出系统 • 稳态流动体系衡算关系 输入速率＝输出速率 • 连续性方程 u1A11 = u2A22 uA=常数 uA=常数 （不可压缩流体） • 由此可知： – 在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管 道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之 亦然 – 流体在均匀管段内流动时，流速沿程恒定，不因有摩 擦而减小(这与固体运动不同) 7
流动体系的能量衡算 ·衡算范围:两截面之间两截面与流体流向正交;两 截面间无流体流入、流出系统 两截面间可以有机械功v(如通过泵、风机等加入 系统,或通过水力机械输出) 两截面间可以有热量q(如通过加热器加入系统,或 通过冷却器输出) 衡算基准:单位质量流体 稳态流动体系衡算关系 输入系统总能量=输出系统总能量 Et We e =e2 ME= We q 1—换热器2—泵
流动体系的能量衡算 • 衡算范围：两截面之间两截面与流体流向正交；两 截面间无流体流入、流出系统 • 两截面间可以有机械功we (如通过泵、风机等加入 系统，或通过水力机械输出） • 两截面间可以有热量qe (如通过加热器加入系统，或 通过冷却器输出） • 衡算基准：单位质量流体 • 稳态流动体系衡算关系 输入系统总能量＝输出系统总能量 E1+ We + Qe =E2 E= we + qe 8
推演→理解→应用→掌握 9 分析 内能:∝温度,△U=mcn2AT,J/kg→>cnAT 动能:∝速度,△E=mu2/2,J/kg→A(u2) 流体 位能:∝提升高度,△E=mgMh,J/kg→gAh 能的 压力能 △E=mp/p=p V 单位质量的压力能:p/p=pv 衡 单位质量稳态流体的总能量衡算 量形式 算形 4+4(2/2)+4m+g4z=+q △H+g△Z+ Au-ge 2
流 体 的 能 量 形 式 总 能 量 衡 算 • 内能：温度，U=mcpT，J/kg →cpT • 动能：速度， E=mu2 /2， J/kg →(u2 /2) • 位能：提升高度， E=mgh，J/kg →gh • 压力能 – E=mp/=pV – 单位质量的压力能：p/=pv • 单位质量稳态流体的总能量衡算 u+ (u2 /2)+ (pv)+g z=we + qe 9 qe we u H g Z = + + + 2 2 推演→理解→应用→掌握 分析
10 2)+1mp+g4z=1 不可压缩流体: A12/2)+4p+g4z=we- 压头表达形式: △ che=we /g △z+ 2 88 hF wr/ g 静压头(压头)、动压头(速度头)、位压头(位头) 有效压头、压头损失 不可压缩理惹流体、无外功输入( Bernoull方程) 机械能衡算形 —+ 0 gpg 式 +1+ 8 pg 2g pg 静力学方程是零速度特例 pI 二2 p2 pg
机 械 能 衡 算 形 式 (u2 /2)+ (pv)+g z=we -wf • 不可压缩流体： (u2 /2)+ pv+g z=we -wf • 压头表达形式： – 静压头（压头）、动压头（速度头）、位压头（位头） – 有效压头、压头损失 • 不可压缩理想流体、无外功输入（Bernoulli方程） • 静力学方程是零速度特例： he hf g p g u z = − + + 2 2 0 2 2 = + + g p g u z g p g u z g p g u z 2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 + + = + + g p z g p z 2 2 1 1 + = + he= we /g hf= wf /g 10