流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí).doc

流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1、 什么是流體？什么是可壓縮流體與不可壓縮流體？一切物質(zhì)都是由分子組成的。在相同的體積中，氣體和液體的分子數(shù)目要比固體少得多，分子間的空隙就比較大，因此，分子之間的內(nèi)聚力小，分子運(yùn)動(dòng)劇烈。這就決定了氣體和液體不能保持固定的形狀而具有流動(dòng)性，所以，我們稱氣體和液體為流體。在一定溫度下，流體的體積隨壓力升高而縮小的性質(zhì)，稱為流體的可壓縮性。流體壓縮性的大小用壓縮系數(shù)K表示。它的意義是當(dāng)溫度不變時(shí)，單位壓力增量所引起流體體積的相對(duì)縮小量。液體的壓縮系數(shù)很小，故一般稱液體為不可壓縮流體。溫度與壓力的改變，對(duì)氣體體積影響很大。由熱力學(xué)可知，當(dāng)溫度不變時(shí)，氣體的體積與壓力成反比，即壓力增加一倍，體積縮小為原來的一半。由于壓力變化對(duì)氣體體積影響明顯，故一般稱氣體為可壓縮流體。2、 什么是流體的粘性與粘度（粘性系數(shù)）？當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力具有阻礙流體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，故將這一特性稱為流體的粘性，將內(nèi)磨擦力稱為粘性力。粘性是流體運(yùn)動(dòng)時(shí)間生能量損失的根本原因。液體的粘性大小，用粘度（粘性系數(shù)）表示。粘度有動(dòng)力粘度與運(yùn)動(dòng)粘度兩種。所謂動(dòng)力粘度是指流體單位面積上的粘性力與垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的速度變化率的比值。3、 流體粘性大小與哪些因素有關(guān)？流體粘性的大小，不僅與流體的種類有關(guān)，且隨流體的壓力和溫度的改變而變化。由于壓力改變對(duì)流體粘性影響很小，一般可忽略不計(jì)。溫度是影響粘性的主要因素。溫度對(duì)粘度的影響，對(duì)液體和氣體是截然不同的。溫度升高時(shí)，液體的粘度迅速降低，而氣體的粘度則隨之升高。這主要是因?yàn)?，液體的粘性力主要是由于分子間吸引力造成的，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子距離加大，引力減小，使粘性力減弱，粘度降低。氣體的粘性力主要是由氣體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)引起的分子摻混、碰撞而產(chǎn)生的，溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)的速度加快，層間分子摻混、碰撞機(jī)會(huì)增多，使具有不同速度的氣體層間的質(zhì)量與動(dòng)量交換加劇。所以，粘性力加大，粘度升高。液體粘度隨溫度升高而降低的特性，對(duì)電廠燃料油的輸送與霧化是有利的。因此，鍋爐燃油在進(jìn)入鍋爐前要加熱到一定溫度以降低其粘度。但這一特性對(duì)潤(rùn)滑油不太有利。因?yàn)闇囟壬呤拐扯冉档?，?huì)妨礙潤(rùn)滑油膜的形成，引起軸承溫度升高，甚至?xí)龎妮S瓦。因此，一般要控制軸承溫度不超過65。4、 工業(yè)實(shí)用流體的粘度是如何測(cè)定的？工業(yè)實(shí)用流體用粘度計(jì)來測(cè)定其粘度。粘度計(jì)有許多種，目前我是多采用恩格爾粘度計(jì)，使用方法較簡(jiǎn)單，測(cè)定時(shí)先測(cè)出在一定溫度（一般潤(rùn)滑油為50，燃油為80）下，從恩格爾粘度計(jì)的孔口中流出200cm3的液體所需的時(shí)間t,再測(cè)出20同體積的蒸餾水流出的時(shí)間t0，t與t0的比值稱為恩格爾粘度，簡(jiǎn)稱恩氏粘度，以Et表示，下角標(biāo)t表示測(cè)定時(shí)的溫度（）。5、 什么叫流速？什么叫流量？流體運(yùn)動(dòng)的速度稱為流速。實(shí)際流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于流體本身的內(nèi)磨擦力及流體與管壁之間的磨擦力，使流體質(zhì)點(diǎn)在管道各處的流速是不一樣的，即沿管壁流速最低，管中心流速最高。通常工程上計(jì)算流速時(shí)，都是采用平均流速。在鍋爐上，還常應(yīng)用質(zhì)量流速的概念。所謂質(zhì)量流速，是指單位時(shí)間通過單位流通截面的流體質(zhì)量。單位時(shí)間通過單位流通截面的流體量稱為流體流量，簡(jiǎn)稱為流量。流量又有體積流量和質(zhì)量流量之分。6、 什么是液體靜壓力？液體某點(diǎn)的靜壓力如何計(jì)算？靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)承受的壓力，稱為該點(diǎn)處液體的靜壓力。液體某一點(diǎn)的靜壓力等于液體表面上的壓力加上該點(diǎn)距離液面深度的重位壓頭。7、 運(yùn)動(dòng)著的流體具有哪幾部分能量？穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的流體，因其具有質(zhì)量、壓力、運(yùn)動(dòng)速度、所處位置相對(duì)高度，使其具有三種能量：壓力能、動(dòng)能、位能。8、 什么是伯努里方程式？伯努里方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式。單位質(zhì)量的理想流體在流動(dòng)過程中，位能、壓力能和動(dòng)能之和守恒。伯努里方程式可以確定流體在不同斷面時(shí)的參數(shù)關(guān)系，在工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用。像實(shí)際使用的皮托管、文丘利管、U形差壓計(jì)等，都是以該方程為理論基礎(chǔ)的。9、 什么叫連通器？連通器原理在工程上有何用途？所謂連通器，是液面以下相互連通的兩個(gè)或幾個(gè)容器。盛有相同液體、液面上壓力相等的連通器，其液面高度相等。（1） 連通器盛有相同液體，但液面上壓力不等，則液面的壓力差等于連通器兩容器液面高差所產(chǎn)生的壓差。（2） 連通器液面上壓力相等，但兩側(cè)有互不相混的不同液體，自分界面起兩液面之高度與液體密度成反比。連通器原理在工程上有著廣泛的應(yīng)用。如各種液面計(jì)（水位計(jì)、油位計(jì)等），水銀真空計(jì)，液柱式風(fēng)壓表，差壓計(jì)等，都是應(yīng)用連通器原理制成的。10、 鍋爐汽包水位計(jì)指示的水位與汽包內(nèi)實(shí)際水位一致嗎？汽包和水位計(jì)可作一連通器，連通器兩液面上壓力相等。但由于水位計(jì)本身及水連通管的散熱，使水們計(jì)中的水與汽包內(nèi)的鍋水相比，溫度低、密度大，所以水位計(jì)指示的水位要比汽包內(nèi)實(shí)際水位低。11、什么是紊流與層流？鍋爐中常遇到哪些形式的流動(dòng)？流體在運(yùn)動(dòng)過程中，各質(zhì)點(diǎn)完全沿著管軸方向直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不摻混、互不干擾的流動(dòng)狀態(tài)稱為層狀流動(dòng)，簡(jiǎn)稱層流。若運(yùn)動(dòng)著的質(zhì)點(diǎn)不僅沿著管軸方向的直線運(yùn)動(dòng)，還伴有橫向擾動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間彼此混雜，流線雜亂無章，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。鍋爐中，實(shí)際流體（如水，蒸汽，煙氣，空氣等）的流動(dòng)狀態(tài)幾乎都是紊流，只有粘性較大的液體（重油，潤(rùn)滑油）在低速流動(dòng)中才會(huì)出現(xiàn)層狀流動(dòng)。液體的流動(dòng)狀態(tài)，在不同場(chǎng)合會(huì)有不同的利與弊。如流體為紊流狀態(tài)時(shí)，由于分子間擾動(dòng)強(qiáng)烈，對(duì)增強(qiáng)傳熱有利。但由于是紊流，必然要增大流動(dòng)陰力而增加能量損失。12、什么是雷諾數(shù)？雷諾數(shù)有何實(shí)用意義？流體的流動(dòng)狀態(tài)屬于層流或紊流，在一些實(shí)驗(yàn)裝置中可以直觀地看出。但實(shí)際上流體在管道中的流動(dòng)狀態(tài)，是無法靠直觀來叛別的。雷諾通過長(zhǎng)期試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)流體的流動(dòng)狀態(tài)與流速、管道直徑和流體運(yùn)動(dòng)粘性等因素有關(guān)，并總結(jié)出判斷流體狀態(tài)的數(shù)值，稱為雷諾數(shù)。因此，雷諾數(shù)是用來判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。用Re表示。對(duì)一般無擾動(dòng)因素的直管段來說，當(dāng)雷諾數(shù)Re（30004000）時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)為紊流。13、什么是流動(dòng)阻力與損失？實(shí)際流體在流動(dòng)過程中，其總能量是沿著流動(dòng)方向逐漸減小。這是由于流體本身具有粘性，流動(dòng)時(shí)有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生；流道邊界不可能完全光滑，也要產(chǎn)生摩擦力；同時(shí)流動(dòng)過程中還會(huì)有流道的形狀、流動(dòng)方向的變化與其它障礙，這些都會(huì)使流體在流動(dòng)過程中受到阻力。這種阻力稱水力阻力或流動(dòng)阻力。流體流動(dòng)就需克服這些阻力，從而使一部分能量轉(zhuǎn)化為不能做功的熱能而損失掉，使流體總量沿流程逐漸減小。這種由流動(dòng)阻力所引起的能量損失稱為阻力損失。14、流體流動(dòng)阻力有哪幾種形式？（1） 沒程阻力 粘性流體流動(dòng)時(shí)，流體層間內(nèi)磨擦力及流體與流道壁面的磨擦力總是阻滯流體前進(jìn)，這種沿流程出現(xiàn)的磨擦阻力稱為沿程阻力。流體克服沿和阻力而損失的一部分能量，稱為沿程阻力。（2） 局部阻力 流體的流道中會(huì)有閥門、擋板、彎頭、三通等裝置及流通截面突然變化等情況。流體流經(jīng)這些局部位置時(shí)，流速將重新分布，流體質(zhì)點(diǎn)殖民地質(zhì)點(diǎn)之間因慣性而發(fā)生碰撞、產(chǎn)生旋渦等情況，使流體流動(dòng)受到阻礙。這種阻礙發(fā)生在局部區(qū)段，故稱局部阻力。流體為克服局部阻力而損失的能量，稱為局部損失。另外，在鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)中，還需要考慮流體橫向沖刷管束時(shí)的阻力。因?yàn)闊煔猓諝猓M向流過受熱面管束時(shí)，會(huì)與管壁產(chǎn)生磨擦以及沿管子繞流，使流體了生渦流而產(chǎn)生阻力。這種橫向沖刷管束時(shí)的阻力，實(shí)質(zhì)上是磨擦力與局部阻力的綜合。在鍋爐通風(fēng)計(jì)算時(shí)應(yīng)單獨(dú)考慮這種阻力。15、沿程阻力如何計(jì)算？流體沿程阻力損失的大小，與管道長(zhǎng)度、管壁粗糙程度、流體流動(dòng)狀態(tài)及粘性等因素有關(guān)。單位質(zhì)量流體沿程損失稱為沿程水頭損失，單位體積流體的沿程損失稱為沿程壓力損失。16、局部阻力損失如何計(jì)算？局部阻力損失的大小，與引起局部阻力的原因（即裝置情況及流體流速）有關(guān)。與沿程阻力一樣，局部阻力也有局部水頭損失、局部壓力損失之分。17、怎樣計(jì)算輸水管道的壓力損失？計(jì)算管道的壓力損失，需要綜合計(jì)算其沿程阻力和局部阻力。為了計(jì)算方便，要把管道系統(tǒng)分成若干段，每一段按一個(gè)不變的直徑和不變的流量計(jì)算其壓力損失，然后將各段計(jì)算結(jié)果疊加，得出整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失。18、怎樣計(jì)算蒸汽管道的壓力損失？蒸汽管道壓力損失與輸水管道壓力損失的計(jì)算方法是一樣的。19、如何減小管道的壓力損失？（1）選用合理的工質(zhì)流速。從流體阻力損失計(jì)算中可知，不論是沿程阻力或局部阻力，都與流速平方成正比，流速高，壓力損失大。但流速低，耗用金屬材料多。所以，必須經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，選用合理的工質(zhì)流速。2 盡可能減少管道中的連接件和附件。在汽、水管道系統(tǒng)中，為了便于調(diào)節(jié)、切換和事故處理，需設(shè)置必要的閥門、彎頭、三通、大小頭等附件，這些附件又是局部阻力的根源，因此，在保證操作方便及生產(chǎn)安全的前提下，應(yīng)盡量減少管道附件，以減小不必要的局部阻力損失。（3） 保持管道系統(tǒng)中閥門的完好性。系統(tǒng)中除調(diào)節(jié)閥門外，大多數(shù)閥門是處于全開或全關(guān)位置，當(dāng)閥門因故障不能完全開啟時(shí)，必然形成對(duì)汽、水的節(jié)流作用，而增大工質(zhì)的局部阻力損失。（4） 應(yīng)盡可能縮短管道總長(zhǎng)度。20、什么是壓力管道的水擊（水錘）現(xiàn)象？有何危害？如何消除？在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時(shí)壓力顯著、反復(fù)、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水擊，也稱水錘。引起水擊的基本原因是：當(dāng)壓力管道的閥門突然關(guān)閉或開啟時(shí)，當(dāng)水泵突然停止或啟動(dòng)時(shí)，因瞬時(shí)流速發(fā)生急劇變化，引起液體動(dòng)量迅速改變，而使壓力顯著變化。管道上止回閥失靈，也會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導(dǎo)致送出的蒸汽部分凝結(jié)成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質(zhì)將高速向此處沖擊，也會(huì)發(fā)出巨大的音響和振動(dòng)。水擊現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，壓力升高值可能為正常壓力的好多倍，使管壁材料承受很大應(yīng)力；壓力的反復(fù)變化，會(huì)引起管道和設(shè)備的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道、管道附件及設(shè)備的損壞。消除或減輕水擊危害的基本方法有：（1） 緩慢開啟或關(guān)閉閥門；（2） 盡量縮短閥件與容器間的管道長(zhǎng)度；（3） 止回閥應(yīng)動(dòng)作靈活，不應(yīng)出現(xiàn)忽開忽關(guān)現(xiàn)象；（4） 管道就裝設(shè)安全閥、空氣閥或蓄能器；（5） 蒸汽管道送汽前要充