流體流動(dòng)2.流體在管內(nèi)的流動(dòng)

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1、第一章流體流動(dòng)一、流量與流速二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)三、連續(xù)性方程式四、能量衡算方程式五、柏努利方程式的應(yīng)用第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動(dòng)2021/10/5一、流量與流速1、流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱為流量。若流量用體積來(lái)計(jì)量，稱為體積流量VS；單位為：m3/s。若流量用質(zhì)量來(lái)計(jì)量，稱為質(zhì)量流量WS；單位：kg/s。體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系是：2、流速單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，稱為流速u。單位為：m/s。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2021/10/5流量與流速的關(guān)系為：質(zhì)量流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流過(guò)管道單位面積的質(zhì)量流量用G表示，單位為kg/(m2.s)。數(shù)

2、學(xué)表達(dá)式為：對(duì)于圓形管道，——管道直徑的計(jì)算式生產(chǎn)實(shí)際中，管道直徑應(yīng)如何確定？2021/10/5二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)流動(dòng)系統(tǒng)定態(tài)流動(dòng)流動(dòng)系統(tǒng)中流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量?jī)H隨位置而改變，而不隨時(shí)間而改變非定態(tài)流動(dòng)上述物理量不僅隨位置而且隨時(shí)間變化的流動(dòng)。例2021/10/52021/10/5三、連續(xù)性方程在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)直徑不同的管段做物料衡算衡算范圍：取管內(nèi)壁截面1-1’與截面2-2’間的管段。衡算基準(zhǔn)：1s對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)：2021/10/5如果把這一關(guān)系推廣到管路系統(tǒng)的任一截面，有：若流體為不可壓縮流體——一維穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程2021/1

3、0/5對(duì)于圓形管道，表明：當(dāng)體積流量VS一定時(shí)，管內(nèi)流體的流速與管道直徑的平方成反比。2021/10/5四、能量衡算方程式1、流體流動(dòng)的總能量衡算1）流體本身具有的能量物質(zhì)內(nèi)部能量的總和稱為內(nèi)能。單位質(zhì)量流體的內(nèi)能以U表示，單位J/kg。①內(nèi)能：流體因處于重力場(chǎng)內(nèi)而具有的能量。②位能：2021/10/5質(zhì)量為m流體的位能單位質(zhì)量流體的位能流體以一定的流速流動(dòng)而具有的能量。③動(dòng)能：質(zhì)量為m，流速為u的流體所具有的動(dòng)能單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能④靜壓能（流動(dòng)功）通過(guò)某截面的流體具有的用于克服壓力功的能量2021/10/5流體在截面處所具有的壓力流體通過(guò)截面所走的距離為

4、流體通過(guò)截面的靜壓能單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能單位質(zhì)量流體本身所具有的總能量為：2021/10/5單位質(zhì)量流體通過(guò)劃定體積的過(guò)程中所吸的熱為：qe(J/kg)；質(zhì)量為m的流體所吸的熱=mqe[J]。當(dāng)流體吸熱時(shí)qe為正，流體放熱時(shí)qe為負(fù)。①熱：2）系統(tǒng)與外界交換的能量單位質(zhì)量通過(guò)劃定體積的過(guò)程中接受的功為：We(J/kg)質(zhì)量為m的流體所接受的功=mWe(J)②功：流體接受外功時(shí)，We為正，向外界做功時(shí),We為負(fù)。流體本身所具有能量和熱、功就是流動(dòng)系統(tǒng)的總能量。2021/10/53）總能量衡算衡算范圍：截面1-1’和截面2-2’間的管道和設(shè)備。衡算基準(zhǔn)：1kg

5、流體。設(shè)1-1’截面的流體流速為u1，壓強(qiáng)為P1，截面積為A1，比容為ν1；截面2-2’的流體流速為u2，壓強(qiáng)為P2，截面積為A2，比容為v2。取o-o’為基準(zhǔn)水平面，截面1-1’和截面2-2’中心與基準(zhǔn)水平面的距離為Z1，Z2。圖2021/10/5對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)：∑輸入能量=∑輸出能量Σ輸入能量Σ輸出能量——穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算式2021/10/5——穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算式——流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律2、流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算式——柏努利方程1）流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算式2021/10/5流體與環(huán)境所交換的熱阻力損失2021/10/5代入上式得：——流體穩(wěn)

6、定流動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能衡算式2）柏努利方程（Bernalli）當(dāng)流體不可壓縮時(shí)，2021/10/5代入：對(duì)于理想流體，當(dāng)沒(méi)有外功加入時(shí)We=0——柏努利方程2021/10/53、柏努利方程式的討論1）柏努利方程式表明理想流體在管內(nèi)做穩(wěn)定流動(dòng)，沒(méi)有外功加入時(shí)，任意截面上單位質(zhì)量流體的總機(jī)械能即動(dòng)能、位能、靜壓能之和為一常數(shù)，用E表示。即：1kg理想流體在各截面上的總機(jī)械能相等，但各種形式的機(jī)械能卻不一定相等，可以相互轉(zhuǎn)換。2）對(duì)于實(shí)際流體，在管路內(nèi)流動(dòng)時(shí)，應(yīng)滿足：上游截面處的總機(jī)械能大于下游截面處的總機(jī)械能。2021/10/5流體在管道流動(dòng)時(shí)的壓力變化規(guī)律2021/

7、10/53）式中各項(xiàng)的物理意義處于某個(gè)截面上的流體本身所具有的能量流體流動(dòng)過(guò)程中所獲得或消耗的能量We和Σhf：We：輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所做的有效功，Ne：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸送設(shè)備對(duì)流體所做的有效功，即功率4）當(dāng)體系無(wú)外功，且處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)流體的靜力平衡是流體流動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)特例2021/10/55）柏努利方程的不同形式a)若以單位重量的流體為衡算基準(zhǔn)[m]位壓頭，動(dòng)壓頭，靜壓頭、壓頭損失He：輸送設(shè)備對(duì)流體所提供的有效壓頭2021/10/5b)若以單位體積流體為衡算基準(zhǔn)靜壓強(qiáng)項(xiàng)P可以用絕對(duì)壓強(qiáng)值代入，也可以用表壓強(qiáng)值代入[pa]6）對(duì)于可壓縮流體的流動(dòng)，當(dāng)所取系統(tǒng)兩

8、截面之間的絕對(duì)壓強(qiáng)變化小