流体力学与传热

第一章

流体力学与应用Fluidmechanics流体力学:hastodowiththebehavioroffluid研究流体在外力作用下平衡和运动规律的科学Fluidmechanicscanbedividedintotwobranches:fluidstatics,fluidsatrest,流体静力学

fluiddynamics,fluidsinmotion.流体动力学

Thefluid(waterandcoalgas)movesinthepump,flowmeterandthepipeetc.,dynamics.Thefluidisquietinbox,statics流体力学与科学技术之间的联系航空与航海：飞机与轮船的外形、操纵性、稳定性宇宙飞行器脱离和重返大气层石油化工、冶金、土建、混凝土的输运人体内血液的流动，流体流动是本课程的基础流体输送：压强、流速、流量的测量：为强化设备提供适宜的条件本章重点内容流体静力学方程及应用质量衡算和连续性方程能量衡算和柏努利方程流动阻力与能量损失管路计算1.1流体基本性质1.1.1连续介质假定1.1.2流体的可压缩性1.1.3作用在流体上的力1.1.5压强1.1.4质量力与密度1.1.6剪切力与粘度1.1.1

连续介质假定

假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。1.1

流体基本性质

流体：液体、气体、固体颗粒悬浮于液体或气体中1.1.2

流体的可压缩性不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。

表面力：通过直接接触而作用于流体表面的力，其大小与流体的表面积成正比。压力：垂直于表面的法向力；剪切力：平行于表面的切向力。压力剪切力1.1.3

作用在流体上的力质量力:作用于流体每个质点上的力，其大小与流体的质量成正比，如重力、离心力等。一、密度单位体积流体的质量。kg/m3

二、单组分密度

液体密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。1.1.4

质量力与密度

气体

当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：

注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值，若条件不同，则需进行换算。三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，则有

——气体混合物中各组分的体积分数。

或——混合气体的平均摩尔质量；

——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。

混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有

——液体混合物中各组分的质量分数。

四、比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。m3/kg1.1.5

压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强。

Thepressureatanypointinthefluidisindependentofdirection.

------forcesatanygivenpointinastaticfluidmustbethesameinalldirectionsPressureisascalarquantity(标量、无向量)一、压强的单位

SI制：N/m2或Pa；或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。

HeadofFluid

m二、压强的表示方法

绝对压强以绝对真空为基准测得的真实压强值。

表压或真空度以大气压为基准测得的相对压强值。标准大气压的换算关系：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O表压=绝对压－大气压真空度

=大气压－绝对压绝对压

绝对压

绝对真空

表压

真空度

大气压

Pa例1-1某离心泵进出口真空表和压力表读数分别为220mmHg和1.7kgf/cm2。若当地大气压强为760mmHg，求它们的绝对压力(Pa)。p1=7.2×104Pap2=2.68×105Pa一、牛顿粘性定律

或Fuu＋dudy式中：F——内摩擦力，N；

τ——剪应力，Pa；

——法向速度梯度，1/s；

μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s

。

1.1.6

剪切力与粘度牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，如水、空气非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体，如血液、牙膏

流体的流变学二、流体的粘度(viscosity)内摩擦力的产生：黏滞力或黏性摩擦力。流动性的反面：黏性；

粘度的物理意义

流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。运动的流体内部相邻流体层间，由于分子运动而产生的相互作用力称为内摩擦力。内摩擦力产生的条件：黏性—内因速度差—外因液体

:T↑→↓气体

:

一般T↑→

↑超高压p↑→

↑粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。2.粘度的单位SI制：Pa·s或N.s/m2kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）换算关系1cP＝10-3Pa·s3.运动粘度

粘度μ与密度ρ之比。m2/s数据获得：查取：注意单位。共线图

实验测定：？计算：主要用于混合液体。液体黏度共线图粘度的测量

三、理想流体与实际流体理想流体：