综合计量工流体力学

1、山西燃气工程技术学校主讲教师：王雅妮主讲教师：王雅妮山西燃气工程技术学校 流体的基本概念流体的基本概念 Z Z 流体的物理性质流体的物理性质 Y Y 流体的静压特性流体的静压特性 Y Y 静止流体平衡方程式静止流体平衡方程式 X X 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 Y Y 真实气体状态方程式真实气体状态方程式 Y Y 流体运动的基本概念流体运动的基本概念 Z Z 伯努利方程伯努利方程 X X 雷诺数及液流流态雷诺数及液流流态 X X 流体阻力及水头损失流体阻力及水头损失 X X 管道摩阻管道摩阻 X X山西燃气工程技术学校定义一：定义一：流体流体包括气体和液体，既不能保持一定的形状，包括

2、气体和液体，既不能保持一定的形状，而且具有很大的流动性。而且具有很大的流动性。定义二：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是定义二：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是流流体体。定义三：定义三：流体流体是一种受任何微小剪切力都能连续变形的是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质，是气体和液体的通称。物质，是气体和液体的通称。要点：要点：流体包括气体和液体，具有易流动性，且在静止流体包括气体和液体，具有易流动性，且在静止状态下不能承受剪切力。状态下不能承受剪切力。山西燃气工程技术学校表面力表面力定义：表面力是作用在所考虑的或大或小的流体系统（或称分离定义：表面力是作用在所考虑的或大或小的流体系

3、统（或称分离体）表面上的力。体）表面上的力。根据作用力的方向，表面力通常可以分为：根据作用力的方向，表面力通常可以分为：垂直于作用面垂直于作用面压力压力 p p平行于作用面平行于作用面剪切力剪切力表面力既包括作用在流体外表面的外力，也包括作用在流体内部表面力既包括作用在流体外表面的外力，也包括作用在流体内部任一表面的内力。任一表面的内力。山西燃气工程技术学校二、流体的基本特征二、流体的基本特征物质形态物质形态固态（固体）固态（固体）液态（液体）液态（液体）气态（气体）气态（气体）分子距分子距很小很小分子有效直径分子有效直径分子有效直径分子有效直径分子引力、斥力分子引力、斥力很大很大中等中等很小

4、很小几何特性几何特性保持固定的形状保持固定的形状和体积和体积体积较固定、形体积较固定、形状不固定状不固定没有固定的形状没有固定的形状和体积和体积物理力学特性物理力学特性能承受拉力、压能承受拉力、压力、剪切力力、剪切力不能承受拉力，不能承受拉力，静止时不能承受静止时不能承受剪切力剪切力不能承受拉力、不能承受拉力、静止时不能承受静止时不能承受剪切力剪切力不易压缩不易压缩易压缩易压缩压缩性为气体、液体的主要区别压缩性为气体、液体的主要区别液体、气体具有流动性，通称流体液体、气体具有流动性，通称流体除去作用力后，除去作用力后，固体应变消失固体应变消失易流动性为固体与流体的主要区别易流动性为固体与流体的

5、主要区别山西燃气工程技术学校1.1.流体一个最显著的特点就是在微小的外力作用下，流体将（流体一个最显著的特点就是在微小的外力作用下，流体将（ ）。）。 A A、发生微小的变形、发生微小的变形 B B、不发生任何变形、不发生任何变形 C C、发生显著变形、发生显著变形 D D、A A或或B B2.2.气体与液体及固体比较，其分子之间的作用力（气体与液体及固体比较，其分子之间的作用力（ ）。）。 A A、最大、最大 B B、最小、最小 C C、居中、居中 D D、不确定、不确定3.3.液体与固体唯一相同的是（液体与固体唯一相同的是（ ）。）。 A A、都具有一定的形状、都具有一定的形状 B B、都

6、具有一定的流动性、都具有一定的流动性 C C、都不可压缩、都不可压缩 D D、都具有与气体明显的分界面、都具有与气体明显的分界面自由表面自由表面CBD山西燃气工程技术学校定义：单位体积流体的质量定义：单位体积流体的质量均质：均质：非均质：非均质：单位：千克单位：千克/ /米米3 3 （kg/m3kg/m3）水银的密度为水银的密度为13.613.6103 kg/m3 103 kg/m3 ；水的密度为；水的密度为1000 1000 kg/m3 kg/m3 ；空气的密度为；空气的密度为1.25 kg/m31.25 kg/m3VM0limVMdMVdV流体流体质量（质量（kg）流体体积流体体积（m3）

7、一、密度一、密度 ( (DensityDensity) ) M:M:微小体积微小体积 V V内的流体质量内的流体质量 V V：包含该点在内的流体体积：包含该点在内的流体体积山西燃气工程技术学校1 1流体密度的法定计量单位符号为（流体密度的法定计量单位符号为（ ）。）。 A A、kgs2/m4 Bkgs2/m4 B、KG/m3 CKG/m3 C、dyn/cm3 Ddyn/cm3 D、kg/m3kg/m3D山西燃气工程技术学校二、压缩性二、压缩性 ( (CompressibilityCompressibility) )定义：在温度不变的条件下，流体在压力作用下体积缩小的性质定义：在温度不变的条件下

8、，流体在压力作用下体积缩小的性质表征：表征： （ ）物理意义：温度不变，压力增加一个单位时的体积相对变化量。物理意义：温度不变，压力增加一个单位时的体积相对变化量。负号的含义：压力增加使得流体体积缩小，比值负号的含义：压力增加使得流体体积缩小，比值dpdp/ /dV dV 永远为负。永远为负。为保持为保持 永远为正，冠以负号。永远为正，冠以负号。单位：单位： 米米2 2 / /牛顿（牛顿（m m2 2/N=1/Pa/N=1/Pa）p压力改变量压力改变量原体积原体积 体积改变量体积改变量pdVVdp p体积压缩系数体积压缩系数山西燃气工程技术学校三、膨胀性三、膨胀性 ( (Expansibili

9、tyExpansibility) )定义：在压力不变的条件下，温度升高时，流体体积增大的性质定义：在压力不变的条件下，温度升高时，流体体积增大的性质表征：表征： （ ）物理意义：压力不变，温度增加一个单位时的体积相对变化量。物理意义：压力不变，温度增加一个单位时的体积相对变化量。单位：单位： 1/1/C C 或或 1/K1/K体积膨胀系数体积膨胀系数温度改变量温度改变量原体积原体积 体积改变量体积改变量tdVVdtt山西燃气工程技术学校1 1流体的压缩程度和膨胀程度同（流体的压缩程度和膨胀程度同（ ）有关。）有关。A A、压力和温度、压力和温度 B B、压力和流体的体积、压力和流体的体积C C

10、、温度和流体的体积、温度和流体的体积 D D、盛流体的容器、盛流体的容器A A山西燃气工程技术学校一、静压力一、静压力 ( (pressurepressure) ) p p 定义：静止流体中，作用在单位面积上的力称为静压力，亦称压强。定义：静止流体中，作用在单位面积上的力称为静压力，亦称压强。设微小面积设微小面积AA上的总压力为上的总压力为PP ，则：，则：平均静压强：平均静压强：点静压强：点静压强：单位：帕斯卡（单位：帕斯卡（PaPa）、牛顿）、牛顿/ /米米2 2（N/mN/m2 2）APp0limAPpA 山西燃气工程技术学校流体静压力的两个特性：流体静压力的两个特性：（1）流体静压力的

11、方向总是与作用面垂直，并指向）流体静压力的方向总是与作用面垂直，并指向作用面；作用面；（2）静止流体内部任意点处的流体静压力在各个方）静止流体内部任意点处的流体静压力在各个方向上是相等的。向上是相等的。重点重点山西燃气工程技术学校1 1水静压强的方向永远沿着（水静压强的方向永远沿着（ ）。）。 A A、与作用面平行的方向、与作用面平行的方向 B B、作用面的外法线方向、作用面的外法线方向 C C、作用面的内法线方向、作用面的内法线方向 D D、不确定的方向、不确定的方向2 2静止液体受到的表面力有（静止液体受到的表面力有（ ）。）。 A A、压力、压力 B B、切应力、切应力 C C、重力、重

12、力 D D、惯性力、惯性力3.3.静止液体中某一点垂直方向的水静压强（静止液体中某一点垂直方向的水静压强（ ）水平方向的）水平方向的水静压强。水静压强。A A、大于、大于 B B、等于、等于 C C、小于、小于 D D、A A或或C CCAB山西燃气工程技术学校1 1( ) ( ) 水静压强表示在静止液体中作用在单位面积上的力，水静压强表示在静止液体中作用在单位面积上的力，单位符号为单位符号为PaPa，即，即N/N/。2.2.（ ）静止液体中某点水静压强的大小与作用面的方位有关。）静止液体中某点水静压强的大小与作用面的方位有关。X山西燃气工程技术学校压强的表示压强的表示绝对压强、相对压强、真空

13、度绝对压强、相对压强、真空度压强的大小从不同的基准算起，有不同的表示方法：压强的大小从不同的基准算起，有不同的表示方法：绝对压强绝对压强 以绝对真空为零点而计量的压强。以绝对真空为零点而计量的压强。相对压强相对压强 亦称表压，以当地大气压亦称表压，以当地大气压 pa pa 为零点为零点计量的压强，计量的压强， 。真空压强真空压强 即真空度，为流体绝对压强小于当地即真空度，为流体绝对压强小于当地大气压时，产生真空的程度，即：大气压时，产生真空的程度，即： ， 时，时， 。绝p表phphppppaaa绝表真papp绝0appp绝表表绝真ppppa山西燃气工程技术学校1.1.水静压强通常有如下三种表

14、示方法（水静压强通常有如下三种表示方法（ ）。）。 A A、绝对压力、标准压力、表压力、绝对压力、标准压力、表压力 B B、绝对压力、表压力、真空度、绝对压力、表压力、真空度 C C、绝对压力、标准压力、真空度、绝对压力、标准压力、真空度 D D、标准压力、表压力、真空度、标准压力、表压力、真空度2.2.在水静力学方程式在水静力学方程式P=Pa+pghP=Pa+pgh中，如果中，如果PaPa为大气压力，则为大气压力，则P P表示表示（ ）。）。 A A、绝对压力、绝对压力 B B、表压力、表压力 C C、标准压力、标准压力 D D、真空度、真空度3.3.一个标准大气压为（一个标准大气压为（ ）

15、PaPa。 A A、101325 B101325 B、101.325 C101.325 C、1013.25 D1013.25 D、10.132510.13254.4.（ ）静压力是随深度按直线规律变化的，即点的位置越深，压力）静压力是随深度按直线规律变化的，即点的位置越深，压力就越大。就越大。B BA AA A山西燃气工程技术学校系统的平衡状态用状态参数来描述，表示基本状态参量之系统的平衡状态用状态参数来描述，表示基本状态参量之间函数关系的方程称为状态方程。间函数关系的方程称为状态方程。所谓理想气体是一种抽象的假象气体，这种气体必须符合所谓理想气体是一种抽象的假象气体，这种气体必须符合两条假定

16、：两条假定：(1)(1)气体的分子是一些弹性的、不占有体积的气体的分子是一些弹性的、不占有体积的质点；（质点；（2 2）分子之间没有相互作用力。）分子之间没有相互作用力。pv=RT pv=RT 气体的绝对气体的绝对压力压力 Pa气体的比体气体的比体积积,m3/kg,m3/kg气体的热力气体的热力学温度，学温度，K气体常数，气体常数，J/(kgK)J/(kgK)注意注意此式仅适用于此式仅适用于1kg1kg质量的气体质量的气体与气体的性质有关，与气体的性质有关，而与气体的状态无关而与气体的状态无关山西燃气工程技术学校1.1.理想气体是这样一种气体，其气体分子是（理想气体是这样一种气体，其气体分子是

17、（ ）。）。 A A、不占体积的质点，分子之间没有作用力、不占体积的质点，分子之间没有作用力 B B、占微小体积的质点，分子之间没有作用力、占微小体积的质点，分子之间没有作用力 C C、占微小体积的质点，分子之间有微弱作用力、占微小体积的质点，分子之间有微弱作用力 D D、不占体积的质点，分子之间有微弱作用力、不占体积的质点，分子之间有微弱作用力2.2.理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRTpV=nRT中，中，V V表示（表示（ ）。）。 A A、单位质量气体所占有的体积、单位质量气体所占有的体积 B B、质量为、质量为nkgnkg气体所占体积气体所占体积 C C、1mol1mol气体所

18、占有的容积气体所占有的容积 D D、物质的量为、物质的量为nmolnmol气体所占有的容积气体所占有的容积3.3.（ ）气体常数与气体性质有关，而与气体状态无关。）气体常数与气体性质有关，而与气体状态无关。A AB B山西燃气工程技术学校1.1.实际气体状态方程是考虑了（实际气体状态方程是考虑了（ ）而推导出的。）而推导出的。A A、气体分子具有一定体积、气体分子具有一定体积 B B、气体分子之间有相互作用力、气体分子之间有相互作用力C C、气体是可压缩的、气体是可压缩的 D D、A A和和B B2.2.实际气体状态方程式实际气体状态方程式pVm=ZRTpVm=ZRT中，中，Z Z为压缩系数，

19、同（为压缩系数，同（ ）有关。）有关。A A、气体的压力有关、气体的压力有关 B B、气体的温度有关、气体的温度有关C C、气体的密度有关、气体的密度有关 D D、A A和和B B引用压缩因子引用压缩因子z z修正的实际气体状态方程式修正的实际气体状态方程式pv=zRTpv=zRTzz压缩因子是气体温度和压力的函数压缩因子是气体温度和压力的函数D DD D山西燃气工程技术学校定义：定义：某一瞬时流场中的一条曲线，其上各质点的运动方向均与某一瞬时流场中的一条曲线，其上各质点的运动方向均与曲线相切。曲线相切。特点：特点：不稳定流时，流线的空间方位、形状随时间变化不稳定流时，流线的空间方位、形状随时

20、间变化 稳定流时，流线的形状不随时间变化，并与迹线重合。稳定流时，流线的形状不随时间变化，并与迹线重合。 流线是一条光滑曲线，既不能相交也不能转折。流线是一条光滑曲线，既不能相交也不能转折。意义：意义：流线形象的描绘了流场中各质点的瞬时流动方向。流线形象的描绘了流场中各质点的瞬时流动方向。稳定流动稳定流动 （ 定常流动定常流动 ） 流体所有运动要素与时间无关。流体所有运动要素与时间无关。不稳定流动不稳定流动（不定常流动）（不定常流动）流体所有运动要素与时间有关。流体所有运动要素与时间有关。流线流线定义：定义：某质点在一段时间内所经过的路线。如：流星、烟火某质点在一段时间内所经过的路线。如：流星

21、、烟火特点：特点：每个质点都有一个运动轨迹。每个质点都有一个运动轨迹。迹线迹线山西燃气工程技术学校1 1在（在（ ）条件下，迹线与流线完全重合。）条件下，迹线与流线完全重合。 A A、液体密度不变的、液体密度不变的 B B、液体密度改变的、液体密度改变的 C C、不稳定流、不稳定流 D D、稳定流、稳定流2.2.（ ）稳定流的流线具有这样两个特点，即流线形状不改变和流线）稳定流的流线具有这样两个特点，即流线形状不改变和流线不相交。不相交。D D山西燃气工程技术学校22112211221 22g2gwpvpvzzh流体速度沿流动方向变化比较缓慢、流线分布较均匀的区段称为缓变流。流体速度沿流动方向

22、变化比较缓慢、流线分布较均匀的区段称为缓变流。在流道上下游的缓变流区段各取一过流断面在流道上下游的缓变流区段各取一过流断面1 1或或2 2。根据能量守恒可得稳。根据能量守恒可得稳定流能量方程：定流能量方程：取三面：取三面：基准面基准面o o- -o o 必须为水平面，作为位置水头必须为水平面，作为位置水头z z 的基的基准面，通常取两计算断面中位置较低的断面。准面，通常取两计算断面中位置较低的断面。计算断面计算断面I I 已知条件比较充分的断面。已知条件比较充分的断面。计算断面计算断面II II 未知量所在的断面（断面应与流线垂未知量所在的断面（断面应与流线垂直）。直）。位置位置水头水头压力压

23、力水头水头流速流速水头水头实际流体实际流体1 1、2 2断面间，断面间，单位重量液流的平均能量损失单位重量液流的平均能量损失山西燃气工程技术学校1 1水平等径管路，沿流动方向，压力呈（水平等径管路，沿流动方向，压力呈（ ）的变化趋势。）的变化趋势。 A A、上升、上升 B B、下降、下降 C C、基本不变、基本不变 D D、A A或或B B2.2.伯努利方程式中位置水头是相对基准面而言的，基准面（伯努利方程式中位置水头是相对基准面而言的，基准面（ ） A A、必须是海平面、必须是海平面 B B、必须低于管线、必须低于管线 C C、只要是水平面就可以、只要是水平面就可以 D D、标准一致即可、标

24、准一致即可3.3.（ ) )在水平等径管路，沿液流流动方向，压强有时会升高。在水平等径管路，沿液流流动方向，压强有时会升高。BCX山西燃气工程技术学校18831883年，雷诺（年，雷诺（ReynoldsReynolds）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如下图所示）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如下图所示 实验结论实验结论1 1： 当流速较小时，各流层流体质点互相平行前进，质点间互不干扰，没有横向位当流速较小时，各流层流体质点互相平行前进，质点间互不干扰，没有横向位置的交换置的交换层流流态。层流流态。实验结论实验结论2 2 当流速较大时，流体质点在运动中有横向位置的交换，各

25、流层之间质点相互混当流速较大时，流体质点在运动中有横向位置的交换，各流层之间质点相互混掺、互相碰撞、杂乱无章的向前运动掺、互相碰撞、杂乱无章的向前运动紊流流态。紊流流态。 实验结论实验结论3 3： 层流到紊流的中间过渡状态称为临界状态层流到紊流的中间过渡状态称为临界状态。山西燃气工程技术学校 雷诺数雷诺数ReRe实际上表征了实际上表征了流动流体的惯性和粘性的比值流动流体的惯性和粘性的比值. . 若若ReRe较大时，液流中的惯性力起主导作用，使水流呈现较大时，液流中的惯性力起主导作用，使水流呈现紊流流态。紊流流态。 若若ReRe较小时，液流中的粘性力起主导作用，使水流呈现较小时，液流中的粘性力起

26、主导作用，使水流呈现层流流态。层流流态。 紊流流态的分区紊流流态的分区 根据层流底层厚度根据层流底层厚度（随着（随着ReRe变化而变化）与管壁绝对变化而变化）与管壁绝对粗糙度粗糙度K K（通常为定值）之间的关系，可将紊流流态进一步划（通常为定值）之间的关系，可将紊流流态进一步划分为三个区域：分为三个区域： 水力光滑（管）、混合摩擦、水力粗糙（管）水力光滑（管）、混合摩擦、水力粗糙（管）层流：层流：Re2000 Re2000Re2000山西燃气工程技术学校1.1.雷诺数越小，液流呈现（雷诺数越小，液流呈现（ ）流态的可能性越大。）流态的可能性越大。A A、水力光滑区、水力光滑区 B B、混合磨阻

27、区、混合磨阻区 C C、层流、层流 D D、完全粗糙区、完全粗糙区2.2.随着雷诺数由小到大，液流流态变化依次是（随着雷诺数由小到大，液流流态变化依次是（ ）A A、层流、水力光滑区、混合摩阻区、完全粗糙区、层流、水力光滑区、混合摩阻区、完全粗糙区B B、水力光滑区、混合摩阻区、完全粗糙区、层流、水力光滑区、混合摩阻区、完全粗糙区、层流C C、层流、混合摩阻区、水力光滑区、完全粗糙区、层流、混合摩阻区、水力光滑区、完全粗糙区D D、层流、水力光滑区、完全粗糙区、混合摩阻区、层流、水力光滑区、完全粗糙区、混合摩阻区3.3.一般输液管路中，如果一般输液管路中，如果ReRe（ ）20002000时，

28、即认为是紊流。时，即认为是紊流。A A、等于、等于 B B、大于、大于 C C、小于、小于 D D、小于等于、小于等于4.4.（ ）雷诺数反映了粘滞力与惯性力对比的程度。）雷诺数反映了粘滞力与惯性力对比的程度。XC CA AB B山西燃气工程技术学校沿程阻力：在边壁沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，这类阻力沿程阻力：在边壁沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，这类阻力 称沿程阻力。称沿程阻力。局部阻力：在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域及其附近，局部阻力：在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域及其附近，这种集中分布的阻力称为局部阻力。这种集中分布的阻力称为局部阻力。沿程损失：克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。沿程损失：克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。局部损失：克服局部阻力引起的能量损失称为局部损