《第3节流体动力学优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3节流体动力学优秀PPT.ppt（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第3节流体动力学现在学习的是第1页，共24页 第三节第三节 流体动力学流体动力学 本节重点本节重点:连续性方程连续性方程(质量守衡质量守衡)柏努利方程柏努利方程(机械能守衡机械能守衡)本节难点本节难点:柏努利方程应用柏努利方程应用现在学习的是第2页，共24页一、稳定流动与非稳定流动一、稳定流动与非稳定流动o1.稳定流动（图稳定流动（图a）*流动参数流动参数(压力、流速等压力、流速等)只与空只与空间位置有关而与时间无关的流动。间位置有关而与时间无关的流动。o2.不稳定流动（图不稳定流动（图b）*流动参数流动参数(压力、流速等压力、流速等)既与空既与空间位置有关而又与时间有关的间位置有关而又与时间
2、有关的流动。流动。注意注意:以后内容均研究稳定流动系统以后内容均研究稳定流动系统现在学习的是第3页，共24页二、连续性方程二、连续性方程（质量守衡）（质量守衡）稳定流动系统：稳定流动系统：qm1 =qm2 因：因：qm=uA 则则:u1A11=u2A22 若流体为液体若流体为液体=常数常数 则：则：u1A1=u2A2 圆圆管：管：变变 径径 管管现在学习的是第4页，共24页o例题：例题：如图所示，管路组成：如图所示，管路组成：管管1：894mm 管管2：1084mm管管3a及及3b：573.5mm 水在管路中稳定流动水在管路中稳定流动 体积流量体积流量9103m3/s 且在两段分支管内的流量相
3、等且在两段分支管内的流量相等 求水在各段管内的速度：求水在各段管内的速度：u1 u2 u3a u3b123b3a 附图附图现在学习的是第5页，共24页 解：解：管管1的内径为：的内径为：则水在管则水在管1中的流速为：中的流速为：管管2的内径为：的内径为：则水在管则水在管2中的流速为：中的流速为：管管3a及及3b的内径为：的内径为：水在分支管路水在分支管路3a、3b中的流量相等，则：中的流量相等，则：即水在管即水在管3a和和3b中的流速为：中的流速为：现在学习的是第6页，共24页复习：复习：压强（压差）测量压强（压差）测量 1 1 流体静力学方程应用流体静力学方程应用 液位高度测量液位高度测量
4、液封高度计算液封高度计算 稳定流动稳定流动 2 2 流动形态流动形态 非稳定流动非稳定流动 3 3 连续性方程连续性方程（质量衡算）（质量衡算）现在学习的是第7页，共24页三、稳定流动系统能量衡算三、稳定流动系统能量衡算1.流动系统的能量流动系统的能量(1).流体本身具有的能量流体本身具有的能量（1kg流体为基准流体为基准）内能内能 -物质内部能量的总和称为内能。物质内部能量的总和称为内能。U U-单位质量流体具有的单位质量流体具有的内能内能 (J/kg)J/kg)mu mu（J）位能位能-流体因处于重力场内一定高度而具有的能量。流体因处于重力场内一定高度而具有的能量。gZ gZ-单位质量流体
5、具有的单位质量流体具有的位能位能 (J/kg)J/kg)mgz mgz（J）动能动能-流体以一定的流速流动而具有的能量。流体以一定的流速流动而具有的能量。-单位质量流体具有的单位质量流体具有的动能动能 (J/kg)J/kg)（J）现在学习的是第8页，共24页流体在截面处所具有的压力流体在截面处所具有的压力:质量质量m m、体积、体积v v、密度、密度的流体通的流体通过过1-11-1截面所走的距离为截面所走的距离为:流体通过截面的静压能（流动功）流体通过截面的静压能（流动功）单位质量流体所具有的静压能：单位质量流体所具有的静压能：静压能静压能-通过某截面的流体具有的用于克通过某截面的流体具有的用
6、于克服压力功的能量服压力功的能量.-单位质量流体具有的静压能单位质量流体具有的静压能(J/kg)J/kg)现在学习的是第9页，共24页三、稳定流动系统能量衡算三、稳定流动系统能量衡算（2 2）稳定流通系统与外界交换的能量）稳定流通系统与外界交换的能量外加功外加功We-1kg流体从输送机械所获得的能量，流体从输送机械所获得的能量，J/kg 热热 量量Qe-1kg流体在流动过程中吸收或释放的流体在流动过程中吸收或释放的热量，热量，J/kg能量损失能量损失hf-1kg流体在流动过程中的能量损失，流体在流动过程中的能量损失，J/kg 电电 电机电机 泵（风机）泵（风机）流体流体 有效功率有效功率:Pe
7、=We qm=p 现在学习的是第10页，共24页三、稳定流动系统的能量恒算式三、稳定流动系统的能量恒算式2.2.能量恒算式能量恒算式推导推导 图示的系统中，流体从截面图示的系统中，流体从截面1-11-1流入，从截面流入，从截面2-22-2流出。管路流出。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。器。并假设：并假设：（a a）连续稳定流体；）连续稳定流体；（b b）两截面间无旁路）两截面间无旁路 流体输入、输出；流体输入、输出；（c c）系统热损失为零。）系统热损失为零。水泵换热器现在学习的是第11页，共24页2.2.推导
8、推导表表 1kg 1kg 流体进、出系统时输入和输出的能量流体进、出系统时输入和输出的能量能能 量量 形形 式式 kg流体的能量流体的能量J/kg 输输 入入 输输 出出内内 能能 U U1 1 U U2 2 位位 能能 gZgZ1 1 gZgZ2 2 动动 能能 静静 压压 能能P P1 1/1 1 p p2 2/2 2 热热 量量 Q Qe e外外 加加 功功 W We e 阻力损失阻力损失hf现在学习的是第12页，共24页2.2.推导推导根据能量守恒定律，连续稳定流动系统的能量衡算：根据能量守恒定律，连续稳定流动系统的能量衡算：机械能：机械能：位能、动能、静压能、位能、动能、静压能、外功
9、等，可相互转化；外功等，可相互转化；非机械能：非机械能：内能、热量，不能直接转变内能、热量，不能直接转变为机械能。为机械能。流体输送系统的流体输送系统的机械能机械能守衡式：守衡式：以以kg流体为基准流体为基准的能量衡算式的能量衡算式:现在学习的是第13页，共24页水流抽气机：水流抽气机：现在学习的是第14页，共24页三、稳定流动系统能量衡算三、稳定流动系统能量衡算3.3.柏努利方程讨论：柏努利方程讨论：（1 1）kgkg流体为基准流体为基准的能量衡算式的能量衡算式：o当系统不涉及与环境间的热量交换及温度变化时，此时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，以以kgk
10、g流体为基准流体为基准的能量衡算式为的能量衡算式为:各项单位各项单位:J/Kg现在学习的是第15页，共24页3.3.柏努利方程讨论柏努利方程讨论(2)(2)若系统中的流体为不可压缩流体若系统中的流体为不可压缩流体(液体液体)1 1=2 2,故上故上式可进一步简化为：式可进一步简化为：(3)(3)可压缩流体可压缩流体(气体气体),),若流动系统两截面间的绝对压若流动系统两截面间的绝对压力变化较小力变化较小(在在20%20%范围内范围内)时时,可采用伯努利方程计算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但流体的密度应采用两截面间的平均密度计算.现在学习的是第16页，共24页(
11、4)(4)静止流体静止流体 u=0,u=0,h hf f=0,We=0=0,We=0,伯努利方程变为伯努利方程变为:(5)(5)理想流体理想流体,=0=0，h hf f=0=0,当无外加功即当无外加功即We=0We=0时时:3.3.柏努利方程讨论柏努利方程讨论现在学习的是第17页，共24页(6)(6)以以N N 流体为基准流体为基准的能量衡算式为的能量衡算式为:o式中式中:-位压头、位压头、-动压头、动压头、o -静压头、静压头、-外加压头外加压头o -压头损失压头损失3.3.柏努利方程讨论柏努利方程讨论各项单位：J/N即m现在学习的是第18页，共24页4.伯努利方程应用伯努利方程应用(例题例
12、题)例：例：已知管道尺寸为已知管道尺寸为 114 4mm，流量为，流量为85m3/h，水在管路中流动，水在管路中流动时的总摩擦损失为时的总摩擦损失为10J/kg（不包括出口阻力损失），喷（不包括出口阻力损失），喷头出口处压力较塔内压力高头出口处压力较塔内压力高20kPa，水从塔中流入下水道，水从塔中流入下水道的摩擦损失可忽略不计，塔的操的摩擦损失可忽略不计，塔的操作压力为常压，泵的效率为作压力为常压，泵的效率为65%。o任务：任务：确定泵的轴功率确定泵的轴功率。现在学习的是第19页，共24页现在学习的是第20页，共24页现在学习的是第21页，共24页4 4、柏努利方程式应用、柏努利方程式应用（
13、解题要点）（解题要点）应用柏努利方程的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，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。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解题时需注意以下几个问题:1 1截面的选取截面的选取 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 a）两截面间流体必须连续两截面间流体必须连续 （b b）两截面与流动方向相垂直（平行流处，不要选取阀门、弯头等部位）；）两截面与流动方向相垂直（平
14、行流处，不要选取阀门、弯头等部位）；（c c）所求的未知量应在截面上或在两截面之间出现；）所求的未知量应在截面上或在两截面之间出现；（d d）截面上已知量较多（除所求取的未知量外，都应是已知）截面上已知量较多（除所求取的未知量外，都应是已知 的或的或能计算出来，且两截面上的能计算出来，且两截面上的u u、p p、Z Z与两截面间的与两截面间的hfhf都应相互对应一致都应相互对应一致)。现在学习的是第22页，共24页4、柏努利方程式应用（解题要点）（解题要点）2 2基准水平面的选取基准水平面的选取 原则上基准水平面可以任意选取，但为了计算方便，常取确定系原则上基准水平面可以任意选取，但为了计算方
15、便，常取确定系统的两个截面中的一个作为基准水平面。如衡算系统为水平管道，则统的两个截面中的一个作为基准水平面。如衡算系统为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线基准水平面通过管道的中心线 若所选计算截面平行于基准面，以两面间的垂直距离为位头若所选计算截面平行于基准面，以两面间的垂直距离为位头Z值；值；若所选计算截面不平行于基准面，则以截面中心位置到基准面的距若所选计算截面不平行于基准面，则以截面中心位置到基准面的距离为离为Z值。值。Z1,Z2可正可负，但要注意正负。可正可负，但要注意正负。3 3计算中要注意各物理量的单位保持一致计算中要注意各物理量的单位保持一致，尤其在计算截面上的静尤其在计算截面上的静压能时，压能时，P1、P2不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。或同为表压。现在学习的是第23页，共24页能量的转换能量的转换连通变径管连通变径管 h2h1h3h4请比较请比较h h1 1、h h2 2、h h3 3、h h4 4的大小关系的大小关系现在学习的是第24页，共24页