《流体力学ch》课件

流体力学欢迎来到流体力学课程。本课程将深入探讨流体运动的原理、应用和实际问题。我们将从基本定律开始，逐步深入到复杂的流体系统设计。流体运动的基本定律1质量守恒描述流体质量在运动过程中不会增加或减少的原理。2动量守恒说明流体运动中动量的变化等于外力作用的结果。3能量守恒阐述流体系统中能量的转化和守恒关系。质量守恒定律控制体积选定一个固定的空间区域作为研究对象。入流质量进入控制体积的流体质量。出流质量离开控制体积的流体质量。质量平衡入流质量等于出流质量，系统内质量保持不变。动量守恒定律动量变化流体的动量变化等于作用在流体上的外力之和。这包括压力力、重力和摩擦力等。应用动量守恒定律广泛应用于喷气推进、水轮机设计和管道系统分析等领域。能量守恒定律1动能流体运动的能量。2势能由流体位置决定的能量。3内能流体分子运动和相互作用的能量。4热能流体与环境间的热量交换。5功外力对流体所做的功。流体静力学的基本概念压力单位面积上的垂直力。密度单位体积的质量。粘度流体抵抗变形的能力。液体静压力等压面静止液体中压力相等的面，通常为水平面。压强随深度变化液体静压力随深度线性增加，与液柱高度成正比。帕斯卡定律静止液体中压力在各个方向上相等。杆流与喷流杆流流体在管道中的流动，特点是截面积不变，速度分布不均匀。喷流流体从小孔喷出形成的自由流动，特点是截面积变化，速度分布较均匀。贝努利方程1压力能流体单位质量所具有的压力能。2动能流体运动所具有的能量。3位能流体由于高度所具有的势能。4能量守恒上述三种能量之和在理想流体流动中保持不变。流量测量文丘里管利用管道收缩段压力差测量流量。皮托管测量流体总压和静压之差来确定流速。孔板流量计通过测量孔板两侧压差来计算流量。电磁流量计利用法拉第电磁感应定律测量导电流体流量。层流与湍流层流流体以平行层的形式流动，各层之间没有混合。特点是流线平滑、稳定。湍流流体运动呈现不规则的脉动，各部分之间发生混合。特点是流线紊乱、不稳定。层流与湍流的判别雷诺数无量纲参数，用于判断流动状态。Re=ρvd/μ临界雷诺数流动从层流转变为湍流的临界值。判别标准Re<Re临界：层流；Re>Re临界：湍流边界层理论1边界层形成流体与固体表面接触处形成的薄层。2速度分布边界层内速度从零逐渐增加到主流速度。3层流边界层低雷诺数下形成，流动平稳。4湍流边界层高雷诺数下形成，流动紊乱。粘性流动的阻力表面摩擦阻力流体与固体表面直接接触产生的阻力。形状阻力由于物体形状导致的压力分布不均而产生的阻力。诱导阻力主要存在于升力面上，与升力产生有关。总阻力上述各种阻力的综合效果。管道流动圆管流动最常见的管道流动形式。速度分布管道中心速度最大，壁面速度为零。压力分布沿流动方向压力逐渐降低。管道流动的摩擦损失1达西-韦斯巴赫公式计算管道摩擦损失的经典公式。2摩擦系数与管道粗糙度和雷诺数有关。3管长摩擦损失与管长成正比。4流速摩擦损失与流速的平方成正比。5管径摩擦损失与管径的五次方成反比。局部阻力弯头流体方向改变导致的能量损失。突扩和突缩管道截面突然变化引起的损失。阀门流体通过阀门时的能量损失。三通流体分流或汇流时的能量损失。机械能损失沿程损失流体在直管段运动时由于摩擦引起的能量损失。与管长、流速和管道特性有关。局部损失流体通过管道中的各种局部构件时产生的能量损失。与流速和局部损失系数有关。管道系统的设计1需求分析确定流量、压力和介质特性要求。2管径选择根据流量和允许压降选择合适的管径。3材料选择考虑介质特性、压力和温度选择管道材料。4布局设计优化管道路径，减少弯头和局部阻力。5附件选择选择合适的阀门、法兰和其他附件。泵与风机泵用于输送液体的机械设备。风机用于输送气体的机械设备。能量转换将机械能转化为流体能量。泵的工作原理吸入流体进入泵腔。加压泵内机械部件对流体做功。排出高压流体离开泵腔。循环重复上述过程，持续输送流体。离心泵的特性曲线扬程曲线描述泵的扬程与流量的关系。功率曲线显示泵的功耗随流量的变化。效率曲线表示泵的效率随流量的变化。NPSH曲线描述防止空化所需的进口压力。离心泵的效率1总效率输出的有效功率与输入功率之比。2水力效率考虑水力损失后的效率。3容积效率考虑泄漏损失后的效率。4机械效率考虑机械摩擦损失后的效率。变压力与变流量变压力运行通过调节泵的转速或阀门开度来改变系统压力。适用于需要不同压力的场合。变流量运行通过调节泵的转速或旁通阀来改变系统流量。适用于需要不同流量的场合。液体输送系统设计1需求分析确定流量、压力和输送距离要求。2泵选型根据系统特性选择合适的泵。3管道设计计算并选择合适的管径和材料。4控制系统设计自动化控制系统以优化运行。液压传动系统液压泵将机械能转换为液压能。控制阀控制液压油的流向和压力。执行元件将液压能转换为机械运动。液压缸的工作原理进油高压油进入缸体一侧。活塞移动油压推动活塞运动。排油另一侧油液被排出。往复运动通过控制进排油实现往复运动。液压阀的工作原理方向控制阀控制液压油的流动方向。压力控制阀调节和限制系统压力。流量控制阀调节液压油的流量。单向阀允许液压油单向流动。液压系统的设计1需求分析确定系统的力、速度和精度要求。2回路设计绘制液压原理图，选择合适的元件。3参数计算计算系统压力、流量和功率需求。4元件选型选择泵、阀、缸等液压元件。5系统集成组装系统并进行调试。气动元件的工作原理压缩机提供高