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中石油(内部资料)
1 流体流动
1.1 教学基本要求
本章应掌握的内容:
(1)流体及相应的基本概念;
(2)流体静力学的基本原理及应用;
(3)流体动力学的基本原理及应用;
(4)流体流动阻力的相关概念、基本原理及应用;
(5)流体流量的测量原理及设备。
(6)液体输送机械的结构特点、工作原理、性能参数、操作、选型及典型设备间的区别,重点掌握离心泵及往复泵;
(7)典型气体输送机械的结构特点、工作原理和操作性能。
1.2 重点内容概要
1.2.1
1.2.1.1 连续介质假定
气体和液体具有易变形的特征,表现出流动性。气体和液体统称为流体。
液体可视为不可压缩性流体;气体可视为可压缩性流体。
在流体流动的研究中,常将流体视为由无数流体微团(或流体质点)组成的连续介质。这些质点一个紧挨着一个,质点间无空隙,即可认为流体充满其占据的空间,从而可以摆脱复杂的分子运动,从宏观的角度来研究流体在外力作用下的机械运动规律。
1.2.1.2 流体的物理性质
(1)流体的密度
①定义: kg/m3 (1-1)
②影响因素: ρ= f (T,P)
对液体:密度随压力变化很小,可忽略;温度影响较明显。
对气体:温度、压力均影响显著,不可忽略。
③气体的密度:当压力不太高、温度不太低时,ρ可按理想气体考虑,即:
(1-2)
也可以按下式计算:
(1-3)
式中:ρ0 ——标准状态(P0=101.3kPa,T0=273K)下气体的密度,kg/ m3。
气体混合物:以1m3混合气体为基准
(1-4)
式中:xv,i ——混合物中i组分的体积分率。
理想气体混合物: ,其中Mm为平均分子量:
(1-5)
式中:yi ——混合物中 i组分的摩尔分率,在低压下,yi= xv,i。
④液体的密度:液体混合物,以1kg混合液体为基准
(1-6)
式中:xw,I ——混合物中i组分的质量分率。
(2)流体的重度和比重
重度:单位体积的流体所具有的重量,单位为N/m3(SI单位制),kgf/m3(工程单位制)。
(1-7)
重度是工程制的物理量,在同一单位制中,γ和ρ在数值和单位上是不等的,但是工程单位制中的γ和SI制中的ρ数值相等。
比重:液体的比重通常指其密度与水在4℃时的密度之比,即
(无因次) (1-8)
(3)流体的比体积(比容)v: (1-9)
(4)流体的黏度
①流体的黏性
流体流动时,相邻两层流体间存在着相互作用力,两种力大小相等,方向相反,称为内摩擦力。流体在流动时产生内摩擦力的这种性质,称为流体黏性。
黏性是流体固有的属性之一,只不过流体的黏性只有在其流动时才会表现出来。黏性越大时,其流动性就越小。流体在流动时的内摩擦力,是流动阻力产生的根源。
②牛顿黏性定律
(1-10)
式中:
τ——剪应力,单位面积上的内摩擦力,N/m2;
du/dy ——速度梯度,与流动方向垂直的方向(径向)上的速度变化率,1/s;
μ ——比例系数,即动力黏度,绝对黏度,简称黏度。
③黏度的单位及换算
1Pa·s=1 N·s /m2=10P=1000cP (厘泊)
1P(泊)=1dyn·s/cm2
④运动黏度ν: (1-11)
1St=100cSt(厘沲)=1×10-4m2/s
⑤黏度的影响因素
温度对流体黏度的影响很大,气体的黏度远小于液体的黏度。
液体的黏度随温度的升高而减小,而气体的黏度却随温度的升高而增大。压力对液体的黏度基本没有影响,对气体黏度的影响也很小,在工程计算中可忽略,只有在极高或极低的压力下,才需要考虑压力对气体黏度的影响。
(5)理想流体与黏性流体
自然界中的所有流体都具有黏性,具有黏性的流体统称为黏性流体或实际流体。
完全没有黏性的流体,即μ=0,称为理想流体。理想流体并不存在。
(6)牛顿流体与非牛顿流体
剪应力与速度梯度的关系遵循牛顿黏性定律的流体叫做牛顿型流体;不遵循这一规律的流体为非牛顿型
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