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1、会计学1环境环境(hunjng)工程学教学绪论工程学教学绪论第一页，共161页。环境工程学是在环境问题环境工程学是在环境问题(wnt)的发生和的发生和发发展的基础的应运而生的，具有问题展的基础的应运而生的，具有问题(wnt)导导向性。向性。环环境境(hunjng)问问题题经济经济(jngj)问问题题能源问题能源问题人口问题人口问题政治问题政治问题粮食问题粮食问题食品安全问题食品安全问题医疗保障问题医疗保障问题社会福利问题社会福利问题社会稳定社会稳定对立对立合作合作第1页/共160页第二页，共161页。在在环环境境工工程程学学的的发发展展进进程程中中，人人们们认认识识到到控控制制环环境境污污染染
2、不不仅仅要要采采用用单单项项治治理理技技术术，还还应应当当采采用用经经济济的的、法法律律的的和和管管理理的的各各种种手手段段以以及及与与工工程程技技术术相相结结合合的的综综合合防防治治措措施施，并并运运用用现现代代系系统统科科学学的的方方法法和和计计算算机机技技术术，对对环环境境问问题题及及其其防防治治措措施施进进行行综综合合分分析析，以以求求得得整整体体上上的的最最佳佳效效果果或或优优化化方方案案。在在这这种种背背景景下下，环环境境规规划划和和环环境境系系统统工工程程的的研研究究工工作作迅迅速速发发展展起起来来，逐逐渐渐(zhjin)成成为为环环境境工工程程学学的的一个新的、重要的分支。一个
3、新的、重要的分支。20世纪世纪90年代开始，人们年代开始，人们(rnmen)提出：污染控制不能只是单纯地对已产生的环境污染提出：污染控制不能只是单纯地对已产生的环境污染物进行处理处置物进行处理处置(即所谓的即所谓的“末端治理末端治理”模式模式)，而更应着眼于防止这些污染物的产生，采取污，而更应着眼于防止这些污染物的产生，采取污染预防和污染治理相结合的染预防和污染治理相结合的“全过程控制全过程控制”的新模式。的新模式。第2页/共160页第三页，共161页。三、环境工程学的主要三、环境工程学的主要(zhyo)内容内容Three.primarycontentofenvironmentengineer
4、ing(1)水质水质(shuzh)净化与水污染控制工程：净化与水污染控制工程：研研究究预预防防和和治治理理水水体体污污染染、保保护护和和改改善善(gishn)水水环环境境质质量量、合合理理利利用用水水资资源源以以及及提提供供安安全全饮饮用用水水和和不不同同用用途途与与要要求求的的用用水水的的工工艺艺技技术术和和工工程程措措施施。其其主主要要研研究究领领域域有有：水水体体自自净净及及其其利利用用；给给水水净净化化处处理理；城城市市污污水水处处理理；工工业业废废水水处处理理与与利利用用；废废水水再再生生与与回回用用；城城市市、区区域域和和水水系系的的水水污污染染综综合合整整治治和和受受污污染染水水
5、体体的的修修复复；水水环环境境质质量标准和废水排放标准等。量标准和废水排放标准等。(2)大气污染控制工程：大气污染控制工程：研究预防和控制大气污染，保护和改善大气质量的工程技术措施。其研究预防和控制大气污染，保护和改善大气质量的工程技术措施。其主要研究领域有：大气质量管理；烟尘等颗粒物控制技术；气体污染物主要研究领域有：大气质量管理；烟尘等颗粒物控制技术；气体污染物控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污染控制；大气质控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污染控制；大气质量标准和废气排放标准等。量标准和废气排放标准等。第3页/共160页第四页，共161页。研研究究城城市市(ch
6、ngsh)垃垃圾圾、工工业业废废渣渣、放放射射性性及及其其他他危危险险固固体体废废弃弃物物的的处处理理、处处置置与与资资源源化化，以以及及消消除除噪噪声声、振振动动等等对对人人类类影影响响的的技技术术途途径径和和措措施施。其其主主要要研研究究领领域域有有：固固体体废废弃弃物物管管理理；固固体体废废弃弃物物无无害害化化处处置置；固固体体废废弃弃物物的的综综合合利利用用和和资资源源化化；放射性及其他危险废物的处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等。放射性及其他危险废物的处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等。(3)固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治
7、(fngzh)工程：工程：(4)清洁生产清洁生产(shngchn)、污染预防与全过程污染控制工程：、污染预防与全过程污染控制工程：研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺、技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污的工艺、技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生与排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。中污染物的产生与排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。第4页/共
8、160页第五页，共161页。(5)环境规划、管理环境规划、管理(gunl)和环境系统工程：和环境系统工程：研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工程的原理和方研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工程的原理和方法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分析，以求取得综合整法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分析，以求取得综合整治的优化方案，进行合理的环境规划、设计治的优化方案，进行合理的环境规划、设计(shj)(shj)与管理；它也研究环境工程与管理；它也研究环境工程单元过程系统的优化工艺条件，并用计算机技术进行设计单元过程系统的优化工艺条件，
9、并用计算机技术进行设计(shj)(shj)、运行和管理。、运行和管理。(6)环境监测环境监测(hunjnjinc)与环境质量评价与环境质量评价,环境影响评价：环境影响评价：主主要要研研究究环环境境中中污污染染物物质质的的性性质质、成成分分、来来源源、含含量量和和分分布布状状态态、变变化化趋趋势势以以及及对对环环境境的的影影响响；在在此此基基础础上上，按按照照一一定定的的标标准准和和方方法法对对环环境境质质量量进进行行定定量量的的判判定定、解解释释和和预预测测；此此外外，它它还还研研究究某某项项工工程程活活动动或或资资源源开开发发所所引引起的环境质量变化及对人类健康和福利的影响等。起的环境质量变
10、化及对人类健康和福利的影响等。第5页/共160页第六页，共161页。附：流体附：流体(lit)流动流动第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述第二节第二节第二节第二节 流体静力学流体静力学流体静力学流体静力学第三节第三节第三节第三节 管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式第四节第四节第四节第四节 管内流体流动现象管内流体流动现象管内流体流动现象管内流体流动现象第五节第五节第五节第五节 管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失(s(s nsh)nsh)第六节第六节第六节第六
11、节 流量的测定流量的测定流量的测定流量的测定第七节第七节第七节第七节 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械第6页/共160页第七页，共161页。1.1 概述概述(i sh)1.1 Summarization 流体流体(fluid)(fluid)：气体和液体统称为流体。只有流动才能完成生产程序，才能完成水和大气的治理过程，只有流动才能使反应物和添加剂之间充分混合，消除阻力。：气体和液体统称为流体。只有流动才能完成生产程序，才能完成水和大气的治理过程，只有流动才能使反应物和添加剂之间充分混合，消除阻力。流体微团或流体质点流体微团或流体质点(fluid particle)(fluid p
12、article)：是由大量分子：是由大量分子(fnz(fnz)组成的分子组成的分子(fnz(fnz)集团，在研究流体流动时，为简化研究过程，常把流体视为无数的流体微团组成的介质。集团，在研究流体流动时，为简化研究过程，常把流体视为无数的流体微团组成的介质。连续性假设连续性假设(continuity assumption)(continuity assumption)：假设流体是由连续的流体质点组成的，几个质点相互紧挨，之间没有孔隙，每个质点只受到相邻质点的力，而摆脱分子：假设流体是由连续的流体质点组成的，几个质点相互紧挨，之间没有孔隙，每个质点只受到相邻质点的力，而摆脱分子(fnz(fnz)间
13、相互作用的力、分子间相互作用的力、分子(fnz(fnz)运动产生的碰撞力、分子运动产生的碰撞力、分子(fnz(fnz)间吸引力均为流体质点的内力。间吸引力均为流体质点的内力。第7页/共160页第八页，共161页。可压缩流体可压缩流体(compressible fluid)：流体体积：流体体积(tj)随压力与温度变化，气体比液体有较大随压力与温度变化，气体比液体有较大的压缩性，当压力与温度改变时，气体体积的压缩性，当压力与温度改变时，气体体积(tj)有较大的变化，属于可压缩流体。但如有较大的变化，属于可压缩流体。但如果压力或温度变化率很小，气体体积果压力或温度变化率很小，气体体积(tj)变变化小
14、，则气体也可当作不可压缩流体对待。化小，则气体也可当作不可压缩流体对待。不可压缩流体不可压缩流体(incompressible fluid)：流体体：流体体积积(tj)随压力与温度不发生变化，液体体积随压力与温度不发生变化，液体体积(tj)变化很小，一般视为不可压缩流体。变化很小，一般视为不可压缩流体。第8页/共160页第九页，共161页。1.2 流体流体(lit)静力学静力学 1.2 Hydrostatics 流体静力学流体静力学流体静力学流体静力学(hydrostatics)(hydrostatics)：研究静止流体在外力的作用下的平衡关系，即流体：研究静止流体在外力的作用下的平衡关系，即
15、流体：研究静止流体在外力的作用下的平衡关系，即流体：研究静止流体在外力的作用下的平衡关系，即流体处于静止或相对静止状态时应该具备的规律。处于静止或相对静止状态时应该具备的规律。处于静止或相对静止状态时应该具备的规律。处于静止或相对静止状态时应该具备的规律。一、流体的压力一、流体的压力一、流体的压力一、流体的压力 压强压强压强压强(pressure)(pressure)：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上称为流体的压力。作用：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上称为流体的压力。作用：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上称为流体的压力。作用：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上称为流体的压力。作用于整个
16、面积的力，称为总压力，在静止流体中从各个于整个面积的力，称为总压力，在静止流体中从各个于整个面积的力，称为总压力，在静止流体中从各个于整个面积的力，称为总压力，在静止流体中从各个(gg)(gg)方向作用于一点的压力方向作用于一点的压力方向作用于一点的压力方向作用于一点的压力大小相等。大小相等。大小相等。大小相等。法定单位：压力（压强）法定单位：压力（压强）法定单位：压力（压强）法定单位：压力（压强）N/m2 1 N/m2 1标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压=101.325kPa=101.325kPa 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力(absolute pressure)(absolut
17、e pressure)：以绝对真空为基准测得的压力。它是流体真实的：以绝对真空为基准测得的压力。它是流体真实的：以绝对真空为基准测得的压力。它是流体真实的：以绝对真空为基准测得的压力。它是流体真实的压力。压力。压力。压力。相对压力相对压力相对压力相对压力(relative pressure)(relative pressure)：以外界大气压为基准测得的压力，又称为表压：以外界大气压为基准测得的压力，又称为表压：以外界大气压为基准测得的压力，又称为表压：以外界大气压为基准测得的压力，又称为表压(gauge pressure)(gauge pressure)。是压力表测得的压力。是压力表测得的压
18、力。是压力表测得的压力。是压力表测得的压力。表压表压表压表压=绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力-大气压力大气压力大气压力大气压力 第9页/共160页第十页，共161页。真空度真空度(vacuum)：绝对压力与大气压：绝对压力与大气压力差值的绝对值，真空度力差值的绝对值，真空度=大气压力大气压力-绝对绝对压力。表压的数值可正，可负，为正值时，压力。表压的数值可正，可负，为正值时，流体的表压就称为正压，为负值流体的表压就称为正压，为负值(f zh)时时称为负压。把负值称为负压。把负值(f zh)改为正值表示时改为正值表示时即为真空度的概念。只有绝对压力小于大即为真空度的概念。只有绝对压力小于大气压
19、力时才有真空度的概念。测量负压的气压力时才有真空度的概念。测量负压的压力表又称为真空表。压力表又称为真空表。第10页/共160页第十一页，共161页。二、流体的密度二、流体的密度二、流体的密度二、流体的密度(density)(density)和比容和比容和比容和比容(specific volume)(specific volume)1 1密度：单位体积流体的质量。密度：单位体积流体的质量。密度：单位体积流体的质量。密度：单位体积流体的质量。1 1）液体混合组分）液体混合组分）液体混合组分）液体混合组分 液体的密度随压力和温度的变化液体的密度随压力和温度的变化液体的密度随压力和温度的变化液体的密
20、度随压力和温度的变化(binhu)(binhu)很小，假设混合液为理想液体，则其体很小，假设混合液为理想液体，则其体很小，假设混合液为理想液体，则其体很小，假设混合液为理想液体，则其体积等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液积等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液积等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液积等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液中各组分密度已知时，混合液的密度为：中各组分密度已知时，混合液的密度为：中各组分密度已知时，混合液的密度为：中各组分密度已知时，混合液的密度为：第11页/共160页第十二页，共161页。2 2）气体单一组分）气体单一组分）气体单一组分）气体单一组分
21、 气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，温气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，温气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，温气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，温度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态(zhungti)(zhungti)方方方方程计算，单一组分则有：程计算，单一组分则有：程计算，单一组分则有：程计算，单一组分则有：标准状态标准状态标准状态标准状态(zhungti)(zhungti)气体则
22、有：气体则有：气体则有：气体则有：若已知标准状态若已知标准状态若已知标准状态若已知标准状态(zhungti)(zhungti)下气体密度，其他状态下气体密度，其他状态下气体密度，其他状态下气体密度，其他状态(zhungti)(zhungti)的密的密的密的密度为度为度为度为 3 3）气体混合组分）气体混合组分）气体混合组分）气体混合组分 当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体来计当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体来计当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体来计当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体来计算，气体的密度为：算，气体的密度为：
23、算，气体的密度为：算，气体的密度为：第12页/共160页第十三页，共161页。2比容：比容：单位单位(dnwi)质量流体的体积，即流体的比容质量流体的体积，即流体的比容是密度的倒数。是密度的倒数。第13页/共160页第十四页，共161页。二、流体静力学的基本方程式二、流体静力学的基本方程式二、流体静力学的基本方程式二、流体静力学的基本方程式Two.The basic equation of fluid staticsTwo.The basic equation of fluid statics 该方程式是描述静止流体内部该方程式是描述静止流体内部该方程式是描述静止流体内部该方程式是描述静止流体
24、内部(nib)(nib)的的的的压力随高度变化的表达式。压力随高度变化的表达式。压力随高度变化的表达式。压力随高度变化的表达式。1 1不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体 如右图所示，试计算如右图所示，试计算如右图所示，试计算如右图所示，试计算C C点的压强。点的压强。点的压强。点的压强。在静止的流体中任意选一流体微在静止的流体中任意选一流体微在静止的流体中任意选一流体微在静止的流体中任意选一流体微团，横截面积为团，横截面积为团，横截面积为团，横截面积为A A，密度为，密度为，密度为，密度为，选取，选取，选取，选取容器底面为基准水平面，微团上底容器底面为基准水平面，微团上底容器底面
25、为基准水平面，微团上底容器底面为基准水平面，微团上底面距基准面面距基准面面距基准面面距基准面Z1Z1，下底面距基准面，下底面距基准面，下底面距基准面，下底面距基准面Z2Z2。由于液体处于静止状态，所以合力由于液体处于静止状态，所以合力由于液体处于静止状态，所以合力由于液体处于静止状态，所以合力为零。为零。为零。为零。第14页/共160页第十五页，共161页。即：液体中高度为即：液体中高度为即：液体中高度为即：液体中高度为Z2Z2处所受的压强等于高度为处所受的压强等于高度为处所受的压强等于高度为处所受的压强等于高度为Z1Z1处处处处所受压强加上所受压强加上所受压强加上所受压强加上ghgh，与表面
26、积无关，在整个横截面上所，与表面积无关，在整个横截面上所，与表面积无关，在整个横截面上所，与表面积无关，在整个横截面上所受的压力相等受的压力相等受的压力相等受的压力相等(xingdng)(xingdng)。通常情况下，高度为。通常情况下，高度为。通常情况下，高度为。通常情况下，高度为Z1Z1处处处处的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基准，设液的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基准，设液的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基准，设液的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基准，设液面压强为面压强为面压强为面压强为popo则：则：则：则：流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式流体静力学基
27、本方程式流体静力学基本方程式第15页/共160页第十六页，共161页。对该方程式做以下讨论对该方程式做以下讨论(toln)：1）当液面上的压强）当液面上的压强po一定时，静止液体内任一点的压一定时，静止液体内任一点的压力大小，只与液体密度与该点距液面的深度力大小，只与液体密度与该点距液面的深度h有关。有关。换句话说，在连续、静止的同一液体内部，同一高度换句话说，在连续、静止的同一液体内部，同一高度处，压力相等。处，压力相等。2）八斯嘎原理：当液面压强变化时，液体内部各点的）八斯嘎原理：当液面压强变化时，液体内部各点的压力会发生同样大小的变化。压力会发生同样大小的变化。3）液体内外压力差的大小与
28、液体内外压力差的大小与h呈线性关系。呈线性关系。4）两边除以）两边除以g，Z2移项得：移项得：，在静止、连续的，在静止、连续的同一流体内部，不同垂直位置上的同一流体内部，不同垂直位置上的Z与与 之和为常数。之和为常数。第16页/共160页第十七页，共161页。2可压缩流体可压缩流体 与液体的推导方法相似。与液体的推导方法相似。气体密度随压力改变，但在小范围内，气体密度随压力改变，但在小范围内，静止连续的气体中，密度变化很小，液体静静止连续的气体中，密度变化很小，液体静力学方程式适用于气体。通常认为，小范围力学方程式适用于气体。通常认为，小范围内连续静止的密闭气体，由于气体密度小两内连续静止的密
29、闭气体，由于气体密度小两高度高度(god)处的压力差很小，可以忽略不计。处的压力差很小，可以忽略不计。第17页/共160页第十八页，共161页。三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力学基本方程式的应用Three.Application of the basic equation of the fluid Three.Application of the basic equation of the fluid flowflow（一）压力测量（一）压力测量（一）压力测量（一）压力测量1 1U U形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）
30、形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）指示液的要求：指示液的要求：指示液的要求：指示液的要求：1 1）与被侧液体互不相容，不起化）与被侧液体互不相容，不起化）与被侧液体互不相容，不起化）与被侧液体互不相容，不起化学反应，即，被侧液与指示液之间要有明显的分学反应，即，被侧液与指示液之间要有明显的分学反应，即，被侧液与指示液之间要有明显的分学反应，即，被侧液与指示液之间要有明显的分界线。界线。界线。界线。2 2）密度大于被侧液的密度，不会造成被侧）密度大于被侧液的密度，不会造成被侧）密度大于被侧液的密度，不会造成被侧
31、）密度大于被侧液的密度，不会造成被侧液与指示液的反混。液与指示液的反混。液与指示液的反混。液与指示液的反混。1 1）液体压差计）液体压差计）液体压差计）液体压差计 将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差计两将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差计两将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差计两将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差计两端的压力分别端的压力分别端的压力分别端的压力分别(fnbi)(fnbi)为为为为p1p1，p2p2，若，若，若，若p1p2p1p2，两端，两端，两端，两端指示面会出现一个高度差指示面会出现一个高度差指示面会出现一个高度差指示面会出现一个高度差R R，设指示液密
32、度为，设指示液密度为，设指示液密度为，设指示液密度为00，被侧液密度为被侧液密度为被侧液密度为被侧液密度为。根据静止的、连续的、同一流体，。根据静止的、连续的、同一流体，。根据静止的、连续的、同一流体，。根据静止的、连续的、同一流体，同一水平面的压力相等的原则，有下面等式成立：同一水平面的压力相等的原则，有下面等式成立：同一水平面的压力相等的原则，有下面等式成立：同一水平面的压力相等的原则，有下面等式成立：第18页/共160页第十九页，共161页。第19页/共160页第二十页，共161页。2 2）气体压差）气体压差）气体压差）气体压差(y ch)(y ch)计计计计 在小范围内压差在小范围内压
33、差在小范围内压差在小范围内压差(y ch)(y ch)计气柱两端的压计气柱两端的压计气柱两端的压计气柱两端的压强与液面处相等，该压差强与液面处相等，该压差强与液面处相等，该压差强与液面处相等，该压差(y ch)(y ch)计以测量计以测量计以测量计以测量液液液液体本身为指示液。体本身为指示液。体本身为指示液。体本身为指示液。第20页/共160页第二十一页，共161页。1-3 管内流体管内流体(lit)流动的基本方程式流动的基本方程式 1-3 The basic equation of fluid flow in tube 一、流量和流速一、流量和流速一、流量和流速一、流量和流速(li s)(l
34、i s)体积流量体积流量体积流量体积流量(volumetric flowrate)(volumetric flowrate)：单位时间流体流经任：单位时间流体流经任：单位时间流体流经任：单位时间流体流经任意界面的体积。意界面的体积。意界面的体积。意界面的体积。V m3/sV m3/s 质量流量质量流量质量流量质量流量(mass flowrate)(mass flowrate)：单位时间流体流经任意界面：单位时间流体流经任意界面：单位时间流体流经任意界面：单位时间流体流经任意界面的质量。的质量。的质量。的质量。G kg/sG kg/s 平均流速平均流速平均流速平均流速(li s)(average
35、 velocity)(li s)(average velocity)：单位时间内流体质：单位时间内流体质：单位时间内流体质：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速(li s)(li s)等于体积流量与截面积的比值。等于体积流量与截面积的比值。等于体积流量与截面积的比值。等于体积流量与截面积的比值。U=V/A m/sU=V/A m/s 质量流速质量流速质量流速质量流速(li s)(mass velocity)(li s)(mass veloci
36、ty)：质量流量除以截面：质量流量除以截面：质量流量除以截面：质量流量除以截面积。积。积。积。=u kg/sm2=u kg/sm2 第21页/共160页第二十二页，共161页。二、连续性方程二、连续性方程二、连续性方程二、连续性方程(equation of continuity)(equation of continuity)假设管道无泄漏，根据质量守恒假设管道无泄漏，根据质量守恒假设管道无泄漏，根据质量守恒假设管道无泄漏，根据质量守恒对于不可对于不可对于不可对于不可(bk)(bk)压缩流体压缩流体压缩流体压缩流体 如果圆形管道如果圆形管道如果圆形管道如果圆形管道 所以：所以：所以：所以：不可
37、不可不可不可(bk)(bk)压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。流流动动流流体体(lit)的的连连续续性性方程方程第22页/共160页第二十三页，共161页。三、伯努利方程三、伯努利方程三、伯努利方程三、伯努利方程(Bernouli equation)(Bernouli equation)1 1推导推导推导推导 假定流体无黏性，即流体与管道之间无摩擦力，无假定流体无黏性，即流体与管道之间无摩擦力，无假定流体无黏性，即流体与管道之间无摩擦力，无假定流体无黏性
38、，即流体与管道之间无摩擦力，无能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流体的压力与密度取截面上的平均值。体的压力与密度取截面上的平均值。体的压力与密度取截面上的平均值。体的压力与密度取截面上的平均值。设流体质量设流体质量设流体质量设流体质量(zhling)(zhling)流量为流量为流量为流量为G G，截面积为，截面积为，截面积为，截面积为A A，在管道中取一，在管道中取一，在管道中取一，在管道中取一微微微微管段管段管段管段dxdx，流体质量，流
39、体质量，流体质量，流体质量(zhling)(zhling)为为为为dmdm，对，对，对，对dxdx进行受力分析。进行受力分析。进行受力分析。进行受力分析。在在x方向方向(fngxing)上，重力分力上，重力分力 压力分力压力分力 合力：合力：（*）合力(hl)第23页/共160页第二十四页，共161页。由（由（由（由（*）式可得：）式可得：）式可得：）式可得：伯努利方程式，伯努利方程式，适适用用于于不不可可压压缩缩的的、稳稳定定流流动动(lidng)的的非非黏黏性性流流体。体。2伯努利方程的物理意义伯努利方程的物理意义gz：单位质量流体所具有的位能；：单位质量流体所具有的位能；z：单位重量流体
40、所具有的位能，又叫位压头：单位重量流体所具有的位能，又叫位压头(y tu)。：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；：单位重量流体所具有的静压能，又叫静压头：单位重量流体所具有的静压能，又叫静压头(y tu)。：单位质量流体所具有的动能。：单位质量流体所具有的动能。：单位重量流体所具有的动能，又叫动压头：单位重量流体所具有的动能，又叫动压头(y tu)。三者均为机械能，三者之和称为三者均为机械能，三者之和称为(chn wi)总能量或总机械能，三总能量或总机械能，三种形式的能量会互相转化，但总能量不会增减。种形式的能量会互相转化，但总能量不会增减。第24页/共160页第二十五
41、页，共161页。四、实际流体的机械能恒算式四、实际流体的机械能恒算式四、实际流体的机械能恒算式四、实际流体的机械能恒算式(Conservation of mechanical energy of real fluid)(Conservation of mechanical energy of real fluid)实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均匀，流实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均匀，流实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均匀，流实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均匀，流体流速取截面上的平均速度体流速取截面上的平均速度体流速取截面上的平均速度体流速取截面上的平均
42、速度(pn(pn jn s d)jn s d)，在流体流动过，在流体流动过，在流体流动过，在流体流动过程中，一部分机械能转化为热能，造成损失。实际机械能恒程中，一部分机械能转化为热能，造成损失。实际机械能恒程中，一部分机械能转化为热能，造成损失。实际机械能恒程中，一部分机械能转化为热能，造成损失。实际机械能恒算式中需加入能量损失项。算式中需加入能量损失项。算式中需加入能量损失项。算式中需加入能量损失项。1 1重力流（流体由高处向低处流动）重力流（流体由高处向低处流动）重力流（流体由高处向低处流动）重力流（流体由高处向低处流动）在截面在截面在截面在截面1 1和截面和截面和截面和截面2 2上各安装
43、一根测压管，实际流体在管内流动上各安装一根测压管，实际流体在管内流动上各安装一根测压管，实际流体在管内流动上各安装一根测压管，实际流体在管内流动时，位压头时，位压头时，位压头时，位压头z1=z2z1=z2，动压头，动压头，动压头，动压头 ，由于流体的内摩擦力，由于流体的内摩擦力，由于流体的内摩擦力，由于流体的内摩擦力，不可避免地要消耗一部分机械能，所以两根测压管液体上升不可避免地要消耗一部分机械能，所以两根测压管液体上升不可避免地要消耗一部分机械能，所以两根测压管液体上升不可避免地要消耗一部分机械能，所以两根测压管液体上升高度有一个高差，这个高差为高度有一个高差，这个高差为高度有一个高差，这个
44、高差为高度有一个高差，这个高差为1 1和和和和2 2两截面静压头的差，即流两截面静压头的差，即流两截面静压头的差，即流两截面静压头的差，即流体水平流动时，能量损失由静压头提供。体水平流动时，能量损失由静压头提供。体水平流动时，能量损失由静压头提供。体水平流动时，能量损失由静压头提供。第25页/共160页第二十六页，共161页。第26页/共160页第二十七页，共161页。2压力流 流体(lit)由能量较小的地方输送到能量较高的地方。第27页/共160页第二十八页，共161页。伯努利方程式的应用伯努利方程式的应用1）分析和解决流体输送有关的问题；）分析和解决流体输送有关的问题；2）流体流动过程中流
45、量的测定；）流体流动过程中流量的测定；3）管径的确定。）管径的确定。解题一般步骤解题一般步骤(bzhu)：1）选取截面）选取截面 确定恒算系统的范围。选取截面的确定恒算系统的范围。选取截面的条件：流体必须连续稳定的流动，而且充满条件：流体必须连续稳定的流动，而且充满整个系统，并尽量选取已知量多的截面，两整个系统，并尽量选取已知量多的截面，两截面与流动方向相垂直。截面与流动方向相垂直。2）确定基准面）确定基准面 衡量位能大小的基准，通常选取衡量位能大小的基准，通常选取位能较低的一个水平面为位能较低的一个水平面为0位能面。位能面。3）计算）计算 将已知条件带入方程式进行计算，压力将已知条件带入方程
46、式进行计算，压力只能同时使用表压或绝对压力。只能同时使用表压或绝对压力。第28页/共160页第二十九页，共161页。1-4 管内流体流动管内流体流动(lidng)现象现象 1-4 Phenomenon of fluid flow in tube 利用伯努利方程进行(jnxng)计算时，必须先知道能量损失的数值，本节讨论能量损失的原因及管内速度的分布。第29页/共160页第三十页，共161页。一、黏度一、黏度一、黏度一、黏度(viscosity)(viscosity)1 1牛顿黏性定律牛顿黏性定律牛顿黏性定律牛顿黏性定律 黏性：流体流动时产生的内摩擦力的性质。流体黏性越大，流动黏性：流体流动时产
47、生的内摩擦力的性质。流体黏性越大，流动黏性：流体流动时产生的内摩擦力的性质。流体黏性越大，流动黏性：流体流动时产生的内摩擦力的性质。流体黏性越大，流动性越小。黏性反应流体分子和分子之间的性质。性越小。黏性反应流体分子和分子之间的性质。性越小。黏性反应流体分子和分子之间的性质。性越小。黏性反应流体分子和分子之间的性质。设上下两块平行设上下两块平行设上下两块平行设上下两块平行(pngxng)(pngxng)放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，若下板固定而上板施加以固定
48、的外力，上板以较小的速度做平行若下板固定而上板施加以固定的外力，上板以较小的速度做平行若下板固定而上板施加以固定的外力，上板以较小的速度做平行若下板固定而上板施加以固定的外力，上板以较小的速度做平行(pngxng)(pngxng)于下于下于下于下板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与层之间与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与
49、层之间与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与层之间与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与层之间存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子的无规则存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子的无规则存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子的无规则存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子的无规则运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的托动运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的托动运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的托动运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的托动力
50、，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向力，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向力，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向力，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向后的阻碍力。运动着的流体内相邻流体之间由于分后的阻碍力。运动着的流体内相邻流体之间由于分后的阻碍力。运动着的流体内相邻流体之间由于分后的阻碍力。运动着的流体内相邻流体之间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流子运动而产生的相互作用力，称为流子运动而产生的相互作用力，称为流子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力。体的内摩擦力或粘滞力。体的内摩擦力或粘滞力。体的内摩擦力或粘滞力。第30页/共160页第三十一页，共