113流体运动的分类.PPT

第一章 建筑设备工程的基本知识 1.1　流体动力学的基本知识 1.2　传热学的基本知识 1.3　电工基本知识 1.1　流体动力学的基本知识 1.1.1　流体的主要力学性质 1.1.2　描述流体运动的几个有关概念 1.1.3　流体运动的分类 1.1.4　恒定流连续性方程 1.1.5　恒定元流能量方程 1.1.6　流动阻力和流动损失 1.1.1　流体的主要力学性质 流体的流动性是流体的最基本的特性，流动性是指流体不能承受切向力，如果有切向力存在，即使切向力很微小，流体也会发生变形。流体的流动性主要是由其力学性质决定的，流体的主要力学性质有： 1.质量密度和重力密度 2.流体的黏滞性 3.流体的压缩性和热胀性 1.1.1　流体的主要力学性质 1.质量密度和重力密度 在描述固体物质的惯性和重力特性时，通常用物体的质量和重力，而流体因为没有固定的体积，在描述其惯性大小和重力大小时，用单位体积的质量和单位体积的重力来表示，即质量密度(ρ)和重力密度(γ)。质量密度定义式为 ρ＝(kg/m3)(1.1) 式中：M——流体的质量(kg)； V ——流体的体积(m3)。 重力密度定义式为 γ＝(N/m3) (1.2) 式中：G——流体的重量(N)； V ——流体的体积(m3)。 由上两式可知 γ＝G/V＝Mg/V＝ρg(1.3) 1.1.1　流体的主要力学性质 2.流体的黏滞性 流体流动时，流体内部各质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗流体质点间相对运动的性质，称作流体的黏滞性。管段中断面流速分布如图1.1所示。 1.1.1　流体的主要力学性质 根据牛顿摩擦定律，可得到流体黏滞力的表达式为 T＝μ·A·du/dy(1.4) 式中：μ——流体的黏滞系数； A ——流层间的接触面积(m2)； du/dy ——流速梯度，表示流速沿垂直于流速方向的变化率。 若用τ代表单位面积上流体的黏滞力，又称作切向力 τ＝T/A＝μ·du/dy(1.5) 流体黏滞性的大小除了用黏滞系数μ来表示外，还可用黏滞系数与流体密度的比值ν来表示，即 ν＝μ/ρ(1.6) 为了区分这两个系数，μ称作动力黏性系数，ν称作运动黏性系数。 1.1.1　流体的主要力学性质 3.流体的压缩性和热胀性 流体受压、体积缩小、密度增大的性质，称作流体的压缩性；流体受热、体积膨胀、密度减小的性质，称作流体的热胀性。对于液体和气体，其压缩性和热胀性有所区别，因此要分别进行研究。 (1)液体的压缩性和热胀性 液体的压缩性通常用压缩系数β来表示，它的意义是：在一定温度下，升高一个单位压力时，流体体积的相对缩小量。液体的压缩性也可用体积弹性模数E(E为压缩系数β的倒数)来表示，它是指单位体积的相对变化所需的压力增量。液体的压缩性很小，通过计算，水的压力再增加一个标准大气压时，其体积只缩小了1/20 000。因此，在实际工程中，可认为液体流体的密度在整个流动过程中是不变的，即认为是不可压缩流体。 流体的膨胀性通常用膨胀系数α来表示。它是指在一定的压力下温度升高1K时，流体体积的相对增加量。不同的流体随着温度的变化，其体积都有所变化，因此在实际工程中，要考虑受热体积膨胀带来的危害。 1.1.1　流体的主要力学性质 (2)气体的压缩性和热胀性 气体的压缩性和热胀性比液体较明显，在常温常压下，气体的压强p、比容v、温度T三个基本参数之间满足理想气体状态方程式 pv＝RT(1.7) 根据压缩系数的定义得 β＝－· 根据膨胀系数的定义得 α＝· 1.1.1　流体的主要力学性质 通过以上的介绍，我们知道流体的物理性质是比较复杂的，如果在研究流体的运动规律时，考虑全部因素，则无法进行准确的研究，而我们在实际工程中通常研究的都是流体的宏观运动，因此在实际工程中，首先我们把流体视作连续介质，即在我们的研究空间内，流体是质点间无孔隙的连续体；其次，在一些问题的研究中，流体可以看做无黏性流体，即忽略流体的黏滞性影响；再次，把流体看做不可压缩流体，液体的压缩性很小，可以忽略，而对气体来讲，在气体流速不超过音速的情况下，其压缩性对流体的宏观运动影响很小，因此也视为不可压缩流体。 1.1.2　描述流体运动的几个有关概念 1.流线和迹线 流线是同一时刻连续流体质点的流动方向线；迹线是同一质点在连续时间内的流动轨迹线。流线是为了形象化的描述流体的运动而引入的概念。在实际工程中，我们通常关心的是流体在某一固定断面或固定空间的运动状况，而不关心其来龙去脉 ，因此我们主要来研究流线。 1.1.2　描述流体运动的几个有关概念 流线可以反映流体流动的一些性质，如图1.2所示。通过流场中的每一个点都可以绘一条流线，所以流线布满整个流场。流线绘出后，流体的流动状况就一目了然。某点的流速方向就是流线在该点的切线方向；流线的