流体输送与传热技术

流体输送与传热技术1第一页，共三十页，编辑于2023年，星期日2流量——在单位时间内流过有效截面积的流体的量。体积流量（）：质量流量（）：平均流速——体积流量与有效截面积之比值。用

v表示。一、流量、流速适宜流速：水及低粘度液体的流速为1～3m/s，一般常压气体流速为10m/s,饱和蒸汽流速为20～40m/s

第一节研究流动运动的常用概念

第二页，共三十页，编辑于2023年，星期日按照流体性质划分：可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；按照流动特征区分：有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动；定常流动和非定常流动；

超声速流动和亚声速流动；按照流动空间区分：内部流动和外部流动；一维流动、二维流动和三维流动；二、流动分类3第三页，共三十页，编辑于2023年，星期日定常流动、非定常流动（steadyandunsteadyflow)非定常流动：定常流动：第四页，共三十页，编辑于2023年，星期日迹线

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流体质点的运动轨迹线。属拉格朗日法的研究内容。烟线/脉线/条文线

三、迹线和流线5第五页，共三十页，编辑于2023年，星期日流线

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速度场的矢量线。任一时刻t，曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量相切。流线微分方程：6第六页，共三十页，编辑于2023年，星期日流线的几个性质：在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是在不停地变化的。流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。迹线和流线的差别：迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与Lagrange观点对应；流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与Euler观点对应。7第七页，共三十页，编辑于2023年，星期日A1，A2为总流上的任意两个截面和分别表示两个截面上的平均流速，并将截面取为有效截面：

对于不可压缩流体：一维定常流动积分形式的连续性方程

方程表明：在定常管流中的任意有效截面上，流体的质量流量等于常数。

方程表明：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流量等于常数。在同一总流上，流通截面积大的截面上流速小，在流通截面积小截面上流速大。一元流动总流的连续性方程：第二节连续性方程

8第八页，共三十页，编辑于2023年，星期日例题1：旋风除尘器，A2=100mm*20mm,d1=100mm,v2=12m/s

求v1=?解：第九页，共三十页，编辑于2023年，星期日无黏流体微元体在质量力和表面力的作用下产生的加速度，根据牛顿第二定律：两端同除以微元体的质量,并整理有：写成矢量式：第三节流体的运动微分方程

第十页，共三十页，编辑于2023年，星期日对于不可压缩粘性流体，粘性体膨胀应力为零，其运动方程为：

上式称纳维－斯托克斯（Navier-Stokes）方程。第十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日对理想流动，认为流体无粘性，，这时运动方程简化为欧拉方程：

或矢量形式：

第十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日当流体静止不动时，，则运动方程简化为：第十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日每1kg流体具有的内能U、位势能zg、动能1/2u2、压力能pv或p/ρ、输入工、换热量满足总能量守衡。qe考虑机械能转化为热，过程不可逆，记为机械能损失第四节伯努利方程

第十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日两边同除以g

----考虑能量输入黏性流体流动的伯努利方程令位压头、动压头和静压头----理想流体流动的伯努利方程第十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日水头：位置，压力，速度三、伯努利方程的能量意义和几何意义摩擦损失第十六页，共三十页，编辑于2023年，星期日有效功率实际消耗的功率η——流体输送机械的效率。第十七页，共三十页，编辑于2023年，星期日求：ps=?例题2:水流解：理想流动伯努利方程则伯努利方程的应用举例第十八页，共三十页，编辑于2023年，星期日例题3求：Q=?水管流动已知平均流速解：忽略流动损失所以因第十九页，共三十页，编辑于2023年，星期日管内流速分布充分发展层流弯管管内充分发展湍流第二十页，共三十页，编辑于2023年，星期日已知:从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。φ45×2.5mm，送液量为3.6m3/h。压头损失为1.2m（不包括出口能量损失），问:h=？例题4，容器间相对位置的计算解：u1≈0；p1=0（表压）；He=0

z2=0；p2=0（表压）；Σhf=1.2m

m/s第二十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日利用喷射泵输送氨。稀氨水的质量流量1×104kg/h，密度1000kg/m3，入口表压147kPa。管道内径53mm，喷嘴出口内径13mm，喷嘴能量损失忽略不计，求喷嘴出口处的压力。例题5，管内流体压力的计算解：z1=z2；

p1=147×103Pa（表压）；We=0；

ΣWf=0m/s代入伯努利公式

p2=－71.45kPa（表压）第二十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日将敞口碱液池中碱液（密度1100kg/m3）输送至吸收塔顶。泵入口管径φ108×4mm，流速为1.2m/s，出口φ76×3mm。贮液池中碱液深度1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处垂直距离20m。管路能量损失30.8J/kg（不包括喷嘴），喷嘴入口处压力29.4kPa（表压）。泵效率60%，求泵所需的功率。例题6，流体输送机械功率的计算解：z1=1.5m,z2=20m;p1=0;u1≈0;ΣWf=30.8J/kg;

p2=29.4×103Pa（表压）,

ρ=1100kg/m3

m/s代入公式第二十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日一、毕托管—

测量流速

沿流线B–A列伯努利方程：测压管皮托管驻点，测总压测静压总压和静压之差称为动压。

法国人皮托，1773年动压管工程实际中常将静压管和毕托管组合在一起，称为毕托－静压管或者动压管。第五节测量流速和流量的仪器实际：C是修正系数24第二十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日二

文丘里流量计——

测量管道中的流量

测量原理：测量截面1和喉部截面2处的静压强差，根据测得的压强差和已知的管子截面积，应用伯努里方程和连续性方程，就可以求得流量。连续性方程：伯努利方程：联立求解：---修正系数，实验标定。设：实际25第二十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日孔板流量计第二十六页，共三十页，编辑于2023年，星期日第六节动量方程及其应用一.定常流动总流的动量方程——用于工程实际中求解流体与固体之间的作用力方程表明：在定常管流中，作用于管流控制体上的所有外力之和等于单位时间内管子流出断面上流出的动量和流入断面上流入的动量之差。27第二十七页，共三十页，编辑于2023年，星