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1、机械能衡算本讲稿第一页，共十九页本讲稿第二页，共十九页水塔多麽高？泵功率？管道粗细几何？水塔多麽高？泵功率？管道粗细几何？本讲稿第三页，共十九页能位能位 Energy potential 4流动是流体趋于平衡的自发行为流动是流体趋于平衡的自发行为本讲稿第四页，共十九页过程的对比平衡判定和速率计算是过程科学的核心问题平衡判定和速率计算是过程科学的核心问题本讲稿第五页，共十九页有关流体流动的概念流量（流量（自学：概念自学：概念理解理解、量纲、量纲）体积流量体积流量质量流量质量流量流体速度（流体速度（自学：概念自学：概念理解理解、量纲、量纲）流速流速质量流速质量流速速度的平均含义速度的平均含义流动的
2、稳定性流动的稳定性(定态与非定态流动定态与非定态流动)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。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(如因截面大小不同如因截面大小不同)，但其在任一点，但其在任一点(或截面或截面)处均不随时处均不随时间变化。间变化。6本讲稿第六页，共十九页流动体系的物料衡算7本讲稿第七页，共十九页流动
3、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+qe8本讲稿第八页，共十九页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
4、算u+(u2/2)+(pv)+g z=we+qe9推演理解应用掌握分析分析本讲稿第九页，共十九页机械能衡算形式(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理想 流体、无外功输入（Bernoulli方程）静力学方程是零速度特例：he=we/ghf=wf /g10本讲稿第十页，共十九页本讲稿第十一页，共十九页本讲稿第十二页，共十九页如图所示装置，若阀门开度减小则阀门前后两根测压管中的水面如何变化?原因何在？13思考题理想流体实际流体本讲稿第十三页，共十九页机
5、械能衡算讨论对于无外功输入的理想流动系统，任一截面上的总压头为常数(机械能守恒)。流体系统中的机械能转化，可以转述为压头的转化。结果相同，但应注意单位不同。各机械能项（静压头、动压头、位压头）指示流道某一截面的值，而外功与机械能损耗指整个流动系统内的值。he、hf 的值为正，该项在实际流体流动问题中具有重要意义，其详细描述与流体流动系统的内部细节紧密相关，在下面课程中将进行讨论。各机械能项与外功的转化是可逆的；各机械能项在流动过程中可损耗，转化为内能，是不可逆转化。14实际机械能本讲稿第十四页，共十九页在图所示管线在图所示管线A A点接一点接一u u形压差形压差计，指示液为水。管内流体密计，指
6、示液为水。管内流体密度为度为800kg/m800kg/m3 3，当阀门全关时，当阀门全关时，读数读数R R为为300mm300mm，阀门开启后，读，阀门开启后，读数数R R为为l00mml00mm。假设管内流体视为。假设管内流体视为理想流体，管内流速为多少理想流体，管内流速为多少?(1.72m/s)思考题本讲稿第十五页，共十九页机械能衡算解题要点对所讨论问题划出流程草图，并将有关数据标在图中相应的位置上选择衡算截面，以明确衡算范围。其原则是：截面上已知数多；待求未知数在某一截面上；截面选于管路中均匀管段，流体连续；最好按流体流向确定截面顺序确定位能基准面，这可视计算方便而定，与水平面垂直的截面可取截面的中心线式中单位应一致，压强单位取表压、绝压均可，但要统一，即p1、p2的单位、基准要一致机械能衡算（Bernoulli方程）有多种形式，各项的单位相应不同，可以是m、J/kg、Pa16本讲稿第十六页，共十九页如何考虑本章的核心问题？如何考虑本章的核心问题？本讲稿第十七页，共十九页机械能衡算方程可以告诉我们Q水塔高度（设计）水塔高度（设计）Q输送机械功率（设计）输送机械功率（设计）Q流量（操作）流量（操作）本讲稿第十八页，共十九页机械能衡算：柏努利方程Bernoulli方程本讲稿第十九页，共十九页