《流体力学基础》.ppt

第一章 流体力学基础 1.1 概述 1.2 流体静力学及其应用 1.3 流体流动的基本方程 1.4 管路计算 1.5 边界层及边界层方程 1.6 湍流 1.7 流速、流量测量 1.1 概述 1 连续介质模型 流体是由分子或原子所组成，分子或原子无时无刻不在作无规则的热运动。假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。 质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。 1.1 概述 2 流体的压缩性 流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。 液体的压缩性很小，在大多数场合下都视为不可压缩，而气体压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近似认为气体也是不可压缩的。 1.1 概述 3 作用在流体上的力 作用在流体上的所有外力?F可以分为两类：质量力和表面力，分别用FB、FS表示，于是： 质量力：质量力又称体积力，是指作用在所考察对象的每一个质点上的力，属于非接触性的力，例如重力、离心力等。 1.1 概述 3 作用在流体上的力 表面力：表面力是指作用在所考察对象表面上的力。 1.1 概述 3 作用在流体上的力 类似地，与x轴、y轴相垂直的面（参见图1-2）上受到的应力分别为： 1.2 流体静力学及其应用 1.2.1 静止流体所受的力 1.2.2 流体静力学基本方程 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 1.2.1静止流体所受的力 静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。 （1）压力单位 在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为： 1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压） =1.013?105Pa =760mmHg =10.33mH2O 1.2.1静止流体所受的力 （2）压力的两种表征方法 绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。 1.2.2 流体静力学基本方程 对连续、均质且不可压缩流体， ?=常数， 对于静止流体中任意两点1和2，则有： 两边同除以?g 1.2.2 流体静力学基本方程 讨论 （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面； （3）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。即压力可传递，这就是巴斯噶定理； （4）若记，? 称为广义压力，代表单位体积静止流体的总势能（即静压能p与位能?gz之和），静止流体中各处的总势能均相等。因此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 1．压力计 （1）单管压力计 或表压 式中pa为当地大气压。 单管压力计只能用来测量高于 大气压的液体压力，不能测气体压力。 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 1．压力计 （2）U形压力计 设U形管中指示液液面高度差为R，指示液 密度为?0，被测流体密度为?，则由静力学 方程可得： 将以上三式合并得： 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 若容器A内为气体，则?gh项很小可忽略，于是： 显然，U形压力计既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力，而且被测流体的压力比大气压大或小均可。 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 2．压差计 （1）U形压差计 设U形管中指示液液面高度差为R，指示 液密度为?0，被测流体密度为?，则由静 力学方程可得： 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用 根据而3、3?面为等压面 及广义压力的定义 两边同除以?g得： 式中： 为静压头与位头之和，又称为广义压力头。 U形压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压力头之差。 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测