流体力学基础知识

1、流体力学基础知识第一节流体的物理性质一、流体的密度和重度流体单位体积内所具有的质量称为密度， 密度用字母 表示，单位为 kg/m3。 流体单位体积内所具有的重量称为重度，重度用表示，单位为N/m,两者之间的关系为g， g为重力加速度，通常g = 9. 806m/s2流体的密度和重度不仅随流体种类而异，而且与流体的温度和压力有关。 因为当温度和压力不同时,流体的体积要发生变化,所以其密度和重度亦随之 变化。对于液体来讲,密度和重度受压力和温度变化的影响不大,可近似认为 它们是常数。对于气体来讲,压力和温度对密度和重度的影响就很大。来表示。二、流体的粘滞性 流体粘滞性是指流体运动时,在流体的层间产

2、生内摩擦力的一种性质。 所谓动力粘度系数是指流体单位接触面积上的内摩擦力与垂直于运动方向 上的速度变化率的比值,用所谓运动粘度是指动力粘度 与相应的流体密度 之比,用 来表示。 运动粘度或动力粘度的大小与流体的种类有关,对于同一流体,其值又随 温度而异。气体的粘性系数随温度升高而升高,而液体的粘性系数则随温度的 升高而降低。液体粘滞性随温度升高而降低的特性,对电厂锅炉燃油输送和雾化是有利 的,因此锅炉燃用的重油需加热到一定温度后,才用油泵打出。但这个特性对 水泵和风机等转动机械则是不利的，因为润滑油温超过60C时，由于粘滞性下降,而妨碍润滑油膜的形成,造成轴承温度升高,以致发生烧瓦事故。故轴承

3、 回油温度一般保持在以60C下。第二节液体静力学知识一、液体静压力及其特性液体的静压力是指作用在单位面积上的力，其单位为 Pa。 平均静压力是指作用在某个面积上的总压力与该面积之比。点静压力是指 在该面积某点附近取一个小面积卩，当 F逐渐趋近于零时作用在 F面积上 的平均静压力的极限叫做该面积某点的液体静压力。平均静压力值可能大于该面积上某些点的液体静压力值，或小于另一些点 的液体静压力值，因而它与该面积上某点的实际静压力是不相符的，为了表示某点的实际液体静压力就需要引出点静压力的概念。液体静压力有两个特性1、液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。2、液体内任一点的各个方向的液体静压

4、力均相等。二、液体静力学基本方程P Po h称为液体静力学基本方程式，它表明液体内任一点的静压力等于自由液面上的压力 Po加上该点距自由液面的深度h与液体重度 的乘积。由 液体静力学基本方程式可知，静压力是随着深度按线性规律变化的，即点的位 置越深，则压力就越大。三、绝对压力、表压力和真空当某一点的液体静压力是以绝对真空为零算起时，这个压力称为绝对压力 以大气压力为零算起的压力，称为表压力或相对压力。表压力可用绝对压 力减去当地大气压力进行计算。如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，即表压力为负值，则称该处处 于真空状态，真空的大小，一般用真空值或真空度表示。真空值是指大气压力 与绝对压力的差

5、值。由于真空值就是负的表压力，因此真空值也称负压。真空 度是指真空值与当地大气压力相比的百分数。液体静压力的计量单位有许多，为了便于对照使用，特将常遇到的几种压 力单位及其换算列于表中：帕斯卡工程大气压标准大气压米水柱毫米汞柱N/miKgf/cm2atmmHOmmHg10. 102X10-40. 0987X 10-41 . 02 X10-475. 03X10-449. 8X 1010. 96810735. 610. 13X1041. 033110. 3376010. 00X1041. 020. 98710. 2750. 2133. 2250. 001360. 0013160. 01361四、连

6、通器所谓连通器就是液面以下互相连通的两个容器。连通器液体平衡可以分为 三种情况第一种情况，在两个相连的容器中注入同一种液体，且液面上的压力也相 等，所以其液面高度相等。可以利用此原理制成锅炉汽包和各种容器上的水位 计。第二种情况，在连通器中盛以相同的液体，但液面上的压力不等，其液面 上的压力差，等于连通器液面差所产生的压力。利用此原理可以制成各种液体 压力计，如锅炉U形管风压表等。第三种情况，在连通器两容器中盛有两种不同的液体，但液面上的压力相 同，由于两种液体互不相混，自分界面起，液面高度与液体重度成反比。利用 这一原理可以测定液体重度或进行液柱高度换算。第三节液体动力学知识一、流量、流速流

7、量是指液体在单位时间内通过过流断面（即液流中与流线垂直的截面） 的体积，液体流量用 Q表示，单位为nm/s。平均流速是指过流断面上各点流速的算术平均值，即假定过流断面上各点 都以相同的平均流速流动时所得到的流量需与各点以实际流速流动时所得到的 流量相等。实际流速是指液体某一质点在空间中的移动速度。二、液体连续性方程式液体连续性方程式为oFf C2F2常数此方程式表示管道中各个过流断面上，其面积与平均流速的乘积均相等, 且等于常数。由液体连续性方程式-CL=_F2C2FiC，-平均流速C2 平均流速F1 过流断面面积F 2 过流断面面积上式表明，液体的平均流速与相应的过流断面面积成反比。即在管道

8、断面缩小处，液体流速就快；而在管道断面增大处,液体流速就慢。三、伯诺里方程式实际液体的伯诺里方程式为：2UL P1 Z2g 乙2U22g° Z2 hsUi、U2断面处液体流速P1、P2断面处的压力乙、Z2断面的液体相对于某一基准面的位置高度重力加速度丫液体的重度hs断面间单位重量液体的能量损失四、伯诺里方程式的应用1、流速测速仪一一皮托管可应用一根测速管与一根测压管组成皮托管，有效的测量出管道中液体（或 气体）每一点的流速U。测定液体流速时的计算公式为J2gh7 / 6测定气体流速时的计算公式为流速修正系数，可用试验方法得出，其值一般为0。 91。 03h差压计 U形管中液面高度差，

9、 m2、流量测量装置一一文丘里管文丘里管用于管道中的流量测量，它是由收缩段和扩散段所组成，两段结 合处称为喉部。在文丘里管入口前的直管段断面和喉部断面两处测量静压值， 根据静压差和两个已知截面面积就可以计算通过管道的流量。即d2 I 勿 Pi P241d2如果压力差pi p2用差压计中U形管液面高度差来表示，则2g h4虫1d2文丘里管除用于测定管道中的流量外，还应用于锅炉其他场合，例如喷水 减温器就是利用其喉部工质流速增加， 压力下降，以增大见减温水的喷水压差。 又如喷射泵即利用其喉部工质流速增加，使压力下降到低于大气压力、形成真 空，将泵内空气抽出，以便进行水泵启动前的灌水。再如钢珠除尘器

10、也是利用 文丘里管喉部形成的真空，将钢珠由尾部烟道下部抽到上部，再由上部落下， 以达到清洁尾部受热面的目的。目前文丘里管还用于停炉时排除过热器积水以 及提高水膜除尘器的效率。第四节流动阻力与流动阻力损失计算一、流动阻力的类型实际液体在管道中流动时的阻力可分为两种类型：一种是沿程阻力，它是 由于液体在直管内运动，因液体层间以及液体与壁面之间的摩擦而造成的阻力， 沿程阻力所引起的液体能量损失称为沿程阻力损失。另一种是局部阻力，因局 部障碍（如阀门、弯头、扩散管等）引起液体显著变形以及液体质点间的相互 碰撞而产生的阻力，局部阻力引起的液体能量损失，称为局部阻力损失。二、层流与紊流互不干扰的流动层流状

11、态是指液体运动过程中，各质点的流线互不混杂， 状态。互相干扰的流动紊流状态是指液体运动过程中，各质点的流线互相混杂， 状态。由层流转变到紊流的液体的流动是层流还是紊流可用雷诺数 Re进行判别。雷诺数称为临界雷诺数，以 Reej表示。实验表明，液体在圆管内流动时的临界 雷诺数为Reej =2300。因此，当Re<2300时，流动为层流；当Re>2300时，认 为流动已经是紊流。三、沿程阻力损失、局部阻力损失和管道系统的总阻力损失 管道流动中单位重量液体的沿程阻力损失 h可用下式计算：2hy-Lcdd2g式中为沿程阻力系数，它与雷诺数 Re以及管壁粗糙度有关。L 管道长度，m。dd 管

12、道的当量直径，m对于圆管即为内径，mc 平均流速，m/s。g重力加速度。管道流动中单位重量液体的沿程阻力损失 hj可用下式计算:局部阻力系数工程上的管道系统是由许多等直管段和管子件组成。这时整个管道的流动 阻力损失用下式计算：hhyhj表示总和。四、压力管路中的水锤在压力管路中，由于液体流速的急剧变化，从而造成管道中液体的压力显 著地、反复地、迅速变化的现象，称为水锤（或叫水击）。水锤可以发生在压力管路上的阀门迅速关闭或水泵等设备突然停止运转时。 在这种情况下，由于管中的流速迅速减小，使压力发生显著升高，这种以压力 升高为特征的水锤，叫做正水锤。正水锤的压力升高可以超过管中正常压力的 几十倍至几百倍，以致使管壁材料产生很大的应力，而压力的反复变化将引起 管道和设备的振动，都将造成管道、管件和设备的损坏。水锤也可以发生在压力管路