第二章 空气流动压力与阻力.ppt

本章学习目标： 1．掌握空气流动的连续性方程和能量方程。 2．掌握风道流动的空气静压、位压、动压、全压的概念及其相应关系。 3．掌握紊流状态下的摩擦阻力、局部阻力的计算。 4．了解风流流态与风道断面的风速分布。 5．了解风道通风压力分布。 第二章 空气流动压力与阻力 第一节 空气流动基本方程 第二节 空气流动压力 第三节 风流流态与风道断面的风速 第四节 摩擦阻力 第五节 局部阻力 第六节 风道通风压力分布 风流之所以能在系统中流动，其根本原因是系统中存在着促使空气流动的能量差。空气在风道流动时，风流的能量由静压能、动能、位能和内能组成。 1） 位能 气体受重力的作用，在不同高度上具有不同的位能。按图所选基准面，已知截面1和2的管中心距基准面的高度分别为Z1和Z2，那么位能： 假设风流在如图2-1历示的风道中由1断面流至2断面，空气的比体积为 (m3/kg)，其间无其他动力源，设空气克服流动阻力消耗的能量为LR (J/kg)，周围介质传递给空气的热量为q (J/kg)，设1、2断面风流的已知参数还有风流的绝对静压p1、p2(Pa)，风流的平均流速vl、v2(m/s)，风流的内能ul、u2(J/kg)，风流的密度ρl、ρ2(kg/m3)，距基准面的高程Zl、Z2 (m)，风流克服通风阻力消耗的能量后所转化的热能qR (J/kg)，则根据能量守恒定律有： 对于比体积有 ①风流流动必须是定常流； ②式（2-11）、（2-12）右边第三项适用于1、2断面的密度相差不大的场合，否则应用积分形式； ③在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正，说明压源对风流做正功，反之则压源对风流做负功； ④在实际工业通风应用应用能量方程时，可取Kdn=1 第二章 空气流动压力与阻力 第一节 空气流动基本方程 第二节 空气流动压力 第三节 风流流态与风道断面的风速 第四节 摩擦阻力 第五节 局部阻力 第六节 风道通风压力分布 1．动压的概念 当空气流动时，空气定向运动的动能，可用EV表示，单位为J/m3；单位体积风流的动能所转化显现的压力叫动压或称速压，用符号hV，表示，单位为Pa。 2．动压的计算 设某点i的空气密度为ρi(kg/m3)，其定向运动的流速即风速为vi (m/s)，则单位体积空气所具有的动能： 3．动压的特点 ①只有做定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性； ②动压总是大于零，垂直于流动方向的作用面所承受的压力最大； ③在同一流动断面上，因风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不等； ④某断面动压即为该断面平均风速计算值。 静压具有如下特点： ①风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面； ②无论静止的空气还是流动的空气都具有静压； ③风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外做功的静压能的多少； ④流动空气的绝对静压p、相对静压hj和与其对应的大气压p0三者之间的关系如下： 1．位压的概念 单位体积风流对于某基准面而具有的位能，称为位压hz。如果把质量为m(kg)的物体从某一基准面提高Z(m)，就要对物体克服重力做功mgZ (J)，物体因而获得同样数量(mgZ)的重力位能，即： 2．位压的计算 3．位压的特点 ①位压是相对某一基准面具有的能量，在讨论位压时，必须首先选定基准面，一般应将基准面选在所研究系统风流流经的最低水平面； ②位压是一种潜在的能量，常说某处的位能是对某一基准面而言，它在本处对外没有力的效应，即不呈现压力，不能像静压那样用仪表进行直接测量，只能通过测定高差及空气柱的平均密度来计算。 ③位压和静压可以相互转化。 风流中某一点的动压与静压之和称为全压。根据静压的两种不同的计算基准，静压可以分为绝对静压（p）和相对静压（hj），同样的道理，全压也有绝对全压（pt）和相对全压（ht）之分。 绝对全压均可用下式表示： 思考：通过对全压的定义和算法的理解，压入式通风和抽出式通风通道内的全压各有什么特点？ 第二章 空气流动压力与阻力 第一节 空气流动基本方程 第二节 空气流动压力 第三节 风流流态与风道断面的风速 第四节 摩擦阻力 第五节 局部阻力 第六节 风道通风压力分布 气体在风道内低速流动时，气体各层之间相互滑动而不混合，这种流动称为层流。 如果流速继续增加，当其达到某一速度时，气体质点在径向也得到附加速度，流动发生混合，正常的层流被破坏，流动状态发展为紊流。 风道内流动状态的变化，可用无因次量雷诺数Re来表征：（2320和13800） 1．层流风速 对于半