第一章 流体流动 可压缩性流体，如：气体 流体 —具有流动性的物体 不可压缩流体 如：液体 由小区供水引出流体流动 有某新建的居民小区，拟采用建水塔的方案，为居民楼供水，如图所示 Vi:Va:Va-? P-G000OPa 居民小区供水示意图 1
1 由小区供水引出流体流动 有某新建的居民小区，拟采用建水塔的方案，为居民楼供水，如图所示 第一章 流体流动 居民小区供水示意图 流体——具有流动性的物体 可压缩性流体，如：气体 不可压缩流体 如：液体
用泵将水送到高位水塔，水塔纯 源源不断的送到一、二、三楼的倍 (VV2、V3),这里引出三个尚题 1.为了保证一、二、三楼有水，楼底水 管中要维持一定的水压(60000pa表压) 为了维持这个水压，水塔应建多高？ 2.水塔高度确定了需选什么类型的泵？ 3.保持楼底水压60000pa表压，一 三楼出水是均等的吗？ 2
2 用泵将水送到高位水塔，水塔中的水 源源不断的送到一、二、三楼的用户 （V 1、V 2、V 3），这里引出三个问题 1.为了保证一、二、三楼有水，楼底水 管中要维持一定的水压（60000pa表压) 为了维持这个水压，水塔应建多高？ 2.水塔高度确定了需选什么类型的泵 ？ 3.保持楼底水压60000pa表压，一、二、 三楼出水是均等的吗？
● 流体流动规律解决问题 流体输送，确定适宜的u,d ·参数测量（压强、流速、流量等） ·强化过程（提供适宜的流动条件） 本章主要讨论：流体流动过程的基本原理及流 动规律，并用之解决实际生产过程问题。 3
3 •流体流动规律解决问题 •流体输送，确定适宜的 u , d •参数测量（压强、流速、流量等） •强化过程（提供适宜的流动条件） 本章主要讨论:流体流动过程的基本原理及流 动规律，并用之解决实际生产过程问题
本章主要学习内容 流体静力学基本方程式 流体在管内的流动 流体的流动现象 流体在管内的流动阻力 管路计算 流量测量
4 本章主要学习内容 ¾ 流体静力学基本方程式 ¾ 流体在管内的流动 ¾ 流体的流动现象 ¾ 流体在管内的流动阻力 ¾ 管路计算 ¾ 流量测量
1.1 流体的物理性质 1.1.1流体的密度 密度定义：单位体积流体所具有的质量 表达式 m 不同的单位制，密度的单位和数值都不同 一定质量的理想气体： pV nRT= RT pM 0三 RT 5
5 1.1 流体的物理性质 1.1.1 流体的密度 密度定义：单位体积流体所具有的质量 表达式 不同的单位制，密度的单位和数值都不同 一定质量的理想气体： V m ρ = RT m w pV = nRT ＝ ＝ RT pM ρ
混合物的密度 液体混合物：各组分浓度用质量分率表示，以1kg质量混合 液为基准，各组份在混合前后其体积不变，混合物的体积等 于各组分单独存在时的体积之和，即： Pm PB Pn 式中 P4、Pg.Pn-一液体混合物中各组分的密度，kg/m Xw4、xwB.xm一一液体混合物中各组分的质量分率 6
6 混合物的密度 液体混合物：各组分浓度用质量分率表示,以1kg质量混合 液为基准，各组份在混合前后其体积不变，混合物的体积等 于各组分单独存在时的体积之和，即： n wn B wB A wA m x x x ρ ρ ρ ρ = + + "" + 1 3 式中 ρ A、ρ B ⋅⋅⋅ ρ n − −液体混合物中各组分的密度，kg / m xwA、xwB ⋅⋅⋅ xwn − −液体混合物中各组分的质量分率
气体混合物： 各组分浓度用体积分率表示 以1m混合气体为基准， 各组份在混合前后其质量不变，混合物的质量等于各组 分单独存在时的质量之和，即： Pm=PXvA+PBXB+·+PrXn 理想气体混合物： PM RT Mm=Miy+M2y2++Mnyn
7 气体混合物： 各组分浓度用体积分率表示， 以1m3混合气体为基准， 各组份在混合前后其质量不变，混合物的质量等于各组 分单独存在时的质量之和，即： 式中 xvA、xvB ⋅⋅⋅ xvn − −气体混合物中各组分的体积分率。 m A VA B VB n Vn ρ =ρ x +ρ x +"+ρ x 理想气体混合物: ＝ RT PMm ρ m m n n M = M y + M y +""+ M y 1 1 2 2
1.1.2 流体的粘度 1、牛顿粘性定律 流体流动时产生内摩擦力的性质，称为粘性， 流体粘性越大，其流动性就越小 对于一定的液体，内摩擦力F与两流体层之间的速度差 △u成正比，与两层之间的垂直距离△y成反比，与两层间的 接触面积$成正比，即： △u △ 引进比例系数F=4 △y △y 剪应力 (内磨擦应力)：单位面积上的内磨擦内以τ表示 牛顿粘性定律 F △W △y 8
8 1.1.2 流体的粘度 1、牛顿粘性定律 流体流动时产生内摩擦力的性质，称为粘性。 流体粘性越大，其流动性就越小 对于一定的液体，内摩擦力F与两流体层之间的速度差 Δu成正比，与两层之间的垂直距离Δy成反比，与两层间的 接触面积S成正比，即： 引进比例系数 剪应力（内磨擦应力）：单位面积上的内磨擦内以τ表示 S y u F Δ Δ ∝ S y u F Δ Δ ＝ μ ＝ ＝ y u Δ Δ τ μ S F 牛顿粘性定律
2、流体的粘度 当流体在管内流动，径向速度变化不 是直线关系时，则： dy 牛顿粘性定律 F du S 图1-26圆管内速度分布示意图 式中du/dy一一速度梯度，即在与流动方 向相垂直的y方向上流体速度的变化率； μ一一比例系数，称粘性系数或动力粘 度，简称粘度。 9
9 当流体在管内流动，径向速度变化不 是直线关系时，则： 式中du/dy－－速度梯度，即在与流动方 向相垂直的y方向上流体速度的变化率； μ－－比例系数，称粘性系数或动力粘 度，简称粘度。 ＝ ＝ dy du τ μ S F 牛顿粘性定律 2、流体的粘度
● 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度时剪应方的大小 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 ·粘度是流体物理性质之一，其值由实验测定。 ● 液体的粘度随温度升高而减小， ·气体的粘度则随温度升高而增大。 ● 压力对液体粘度的影响很小，可忽略不计，气体的粘度，除非在极高 或极低的压力下，可以认为与压力无关。 ● 粘度的单位 t·dyNm2.mNs [4]= du/ =paS du m /dv m.s-l 从手册中查到的粘度数据，其单位常用CGS制单位。 dyn.cm2.cm 2 []= dyn.s g.cm.s2.s du =p(泊) dy cm cn·s 10
10 • 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度时剪应力的大小。 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来。 • 粘度是流体物理性质之一，其值由实验测定。 • 液体的粘度随温度升高而减小， • 气体的粘度则随温度升高而增大。 • 压力对液体粘度的影响很小，可忽略不计，气体的粘度，除非在极高 或极低的压力下，可以认为与压力无关。 • 粘度的单位 从手册中查到的粘度数据，其单位常用CGS制单位。 du dy dy du ⋅ = = τ τ [μ] p s m N s m s Nm m a = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = − − 1 2 2 ＝ ＝ 1 2 dy du [ ] − − ⋅ ⋅ ⋅ cm s τ dyn cm cm μ 2 cmdyn⋅s = 2 2 cm g ⋅ cm⋅s ⋅s = − cm s g⋅ = = p(泊）