内容发布更新时间 : 2024/5/5 9:00:34星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 流体流动及流体输送机械

1.1 教学基本要求

1.1.1流体流动

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。 1.1.2流体输送机械

本章应掌握的内容：

（1）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；

（2）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 流体流动

1.2.1.1流体及其主要物理性质 一、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。 二、流体的物理性质 （1）流体的密度

m①定义： ?? kg/m3 （1-1）

V②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：

mPM ??? （1-2）

VRT也可以按下式计算：

???0T0P T?0M （1-3） 22.4式中：ρ0 ——标准状态（P0=101.3kPa，T0=273K）下气体的密度，kg/ m3。

?0?

气体混合物：以1m3混合气体为基准

?m???i?xv,i （1-4）

i?1n式中：xv,i ——混合物中i组分的体积分率。 理想气体混合物： ?m?PMm，其中Mm为平均分子量： RT Mm??(Mi?yi) （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?m??i?1nxw,i?i （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）。

Gmg ?????g （1-7）

VV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

d4?????? （无因次） （1-8） 44?w?w1000V1? （1-9） m?（3）流体的比体积（比容）v： ??（4）流体的粘度 ①流体的粘性

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，称为流体粘性。

粘性是流体固有的属性之一，只不过流体的粘性只有在其流动时才会表现出来。粘性越大时，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牛顿粘性定律

???du （1-10） dy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，即动力粘度，绝对粘度，简称粘度。 ③粘度的单位及换算

1Pa·s=1 N·s /m2=10P=1000cP （厘泊）

1P（泊）=1dyn·s/cm2 ④运动粘度ν： ??

? （1-11） ?1St=100cSt（厘沲）=1×10-4m2/s

⑤粘度的影响因素

温度对流体粘度的影响很大，气体的粘度远小于液体的粘度。

液体的粘度随温度的升高而减小，而气体的粘度却随温度的升高而增大。压力对液体的粘度基本没有影响，对气体粘度的影响也很小，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粘度的影响。 （5）理想流体与粘性流体

自然界中的所有流体都具有粘性，具有粘性的流体统称为粘性流体或实际流体。

完全没有粘性的流体，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粘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流体。对非牛顿流体而言，粘度不再是纯粹的物性，而是随着速度梯度而改变，称为表观粘度。 1.2.1.2 流体静力学 一、流体的压力

（1）定义：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上称为压力，常用P表示。流体的压力具有垂直性、各方向上的均等性、连续性。

（2）压力的单位及换算

1atm=1.013×105Pa=10.33mH2O=760mmHg=1atm =1.033at 1at=1kgf/cm2 =9.087×104Pa=10mH2O=735.6mmHg

（3）压力的表示方法

以绝对真空（0atm）为基准计量的压力称为绝对压力，是流体的真实压力，以当地大气压为基准计量的压力称为表压或真空度。

表压力=绝对压力-大气压力

真空度=大气压力-绝对压力

二、流体静力学基本方程式

P2?P1??g?Z1?Z2? （1-12）

也可写成： P2?P0??gh （1-13） 应用注意事项：

①方程适用于静力场中静止的单一连续流体。对于气体，可认为容器内气体压力均相等。

②静止液体内部任一点压力的大小，与液体本身密度ρ和该点距液面的高度有关，越深则其压力越大。