綜合計量工流體力學

1、山西燃氣工程技術學校主講教師：王雅妮主講教師：王雅妮山西燃氣工程技術學校 流體的基本概念流體的基本概念 Z Z 流體的物理性質流體的物理性質 Y Y 流體的靜壓特性流體的靜壓特性 Y Y 靜止流體平衡方程式靜止流體平衡方程式 X X 理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式 Y Y 真實氣體狀態(tài)方程式真實氣體狀態(tài)方程式 Y Y 流體運動的基本概念流體運動的基本概念 Z Z 伯努利方程伯努利方程 X X 雷諾數(shù)及液流流態(tài)雷諾數(shù)及液流流態(tài) X X 流體阻力及水頭損失流體阻力及水頭損失 X X 管道摩阻管道摩阻 X X山西燃氣工程技術學校定義一：定義一：流體流體包括氣體和液體，既不能保持一定的形狀，包括

2、氣體和液體，既不能保持一定的形狀，而且具有很大的流動性。而且具有很大的流動性。定義二：在靜力平衡時，不能承受剪切力的物質就是定義二：在靜力平衡時，不能承受剪切力的物質就是流流體體。定義三：定義三：流體流體是一種受任何微小剪切力都能連續(xù)變形的是一種受任何微小剪切力都能連續(xù)變形的物質，是氣體和液體的通稱。物質，是氣體和液體的通稱。要點：要點：流體包括氣體和液體，具有易流動性，且在靜止流體包括氣體和液體，具有易流動性，且在靜止狀態(tài)下不能承受剪切力。狀態(tài)下不能承受剪切力。山西燃氣工程技術學校表面力表面力定義：表面力是作用在所考慮的或大或小的流體系統(tǒng)（或稱分離定義：表面力是作用在所考慮的或大或小的流體系

3、統(tǒng)（或稱分離體）表面上的力。體）表面上的力。根據(jù)作用力的方向，表面力通?？梢苑譃椋焊鶕?jù)作用力的方向，表面力通?？梢苑譃椋捍怪庇谧饔妹娲怪庇谧饔妹鎵毫毫?p p平行于作用面平行于作用面剪切力剪切力表面力既包括作用在流體外表面的外力，也包括作用在流體內部表面力既包括作用在流體外表面的外力，也包括作用在流體內部任一表面的內力。任一表面的內力。山西燃氣工程技術學校二、流體的基本特征二、流體的基本特征物質形態(tài)物質形態(tài)固態(tài)（固體）固態(tài)（固體）液態(tài)（液體）液態(tài)（液體）氣態(tài)（氣體）氣態(tài)（氣體）分子距分子距很小很小分子有效直徑分子有效直徑分子有效直徑分子有效直徑分子引力、斥力分子引力、斥力很大很大中等中等很小

4、很小幾何特性幾何特性保持固定的形狀保持固定的形狀和體積和體積體積較固定、形體積較固定、形狀不固定狀不固定沒有固定的形狀沒有固定的形狀和體積和體積物理力學特性物理力學特性能承受拉力、壓能承受拉力、壓力、剪切力力、剪切力不能承受拉力，不能承受拉力，靜止時不能承受靜止時不能承受剪切力剪切力不能承受拉力、不能承受拉力、靜止時不能承受靜止時不能承受剪切力剪切力不易壓縮不易壓縮易壓縮易壓縮壓縮性為氣體、液體的主要區(qū)別壓縮性為氣體、液體的主要區(qū)別液體、氣體具有流動性，通稱流體液體、氣體具有流動性，通稱流體除去作用力后，除去作用力后，固體應變消失固體應變消失易流動性為固體與流體的主要區(qū)別易流動性為固體與流體的

5、主要區(qū)別山西燃氣工程技術學校1.1.流體一個最顯著的特點就是在微小的外力作用下，流體將（流體一個最顯著的特點就是在微小的外力作用下，流體將（ ）。）。 A A、發(fā)生微小的變形、發(fā)生微小的變形 B B、不發(fā)生任何變形、不發(fā)生任何變形 C C、發(fā)生顯著變形、發(fā)生顯著變形 D D、A A或或B B2.2.氣體與液體及固體比較，其分子之間的作用力（氣體與液體及固體比較，其分子之間的作用力（ ）。）。 A A、最大、最大 B B、最小、最小 C C、居中、居中 D D、不確定、不確定3.3.液體與固體唯一相同的是（液體與固體唯一相同的是（ ）。）。 A A、都具有一定的形狀、都具有一定的形狀 B B、都

6、具有一定的流動性、都具有一定的流動性 C C、都不可壓縮、都不可壓縮 D D、都具有與氣體明顯的分界面、都具有與氣體明顯的分界面自由表面自由表面CBD山西燃氣工程技術學校定義：單位體積流體的質量定義：單位體積流體的質量均質：均質：非均質：非均質：單位：千克單位：千克/ /米米3 3 （kg/m3kg/m3）水銀的密度為水銀的密度為13.613.6103 kg/m3 103 kg/m3 ；水的密度為；水的密度為1000 1000 kg/m3 kg/m3 ；空氣的密度為；空氣的密度為1.25 kg/m31.25 kg/m3VM0limVMdMVdV流體流體質量（質量（kg）流體體積流體體積（m3）

7、一、密度一、密度 ( (DensityDensity) ) M:M:微小體積微小體積 V V內的流體質量內的流體質量 V V：包含該點在內的流體體積：包含該點在內的流體體積山西燃氣工程技術學校1 1流體密度的法定計量單位符號為（流體密度的法定計量單位符號為（ ）。）。 A A、kgs2/m4 Bkgs2/m4 B、KG/m3 CKG/m3 C、dyn/cm3 Ddyn/cm3 D、kg/m3kg/m3D山西燃氣工程技術學校二、壓縮性二、壓縮性 ( (CompressibilityCompressibility) )定義：在溫度不變的條件下，流體在壓力作用下體積縮小的性質定義：在溫度不變的條件下

8、，流體在壓力作用下體積縮小的性質表征：表征： （ ）物理意義：溫度不變，壓力增加一個單位時的體積相對變化量。物理意義：溫度不變，壓力增加一個單位時的體積相對變化量。負號的含義：壓力增加使得流體體積縮小，比值負號的含義：壓力增加使得流體體積縮小，比值dpdp/ /dV dV 永遠為負。永遠為負。為保持為保持 永遠為正，冠以負號。永遠為正，冠以負號。單位：單位： 米米2 2 / /牛頓（牛頓（m m2 2/N=1/Pa/N=1/Pa）p壓力改變量壓力改變量原體積原體積 體積改變量體積改變量pdVVdp p體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)山西燃氣工程技術學校三、膨脹性三、膨脹性 ( (Expansibili

9、tyExpansibility) )定義：在壓力不變的條件下，溫度升高時，流體體積增大的性質定義：在壓力不變的條件下，溫度升高時，流體體積增大的性質表征：表征： （ ）物理意義：壓力不變，溫度增加一個單位時的體積相對變化量。物理意義：壓力不變，溫度增加一個單位時的體積相對變化量。單位：單位： 1/1/C C 或或 1/K1/K體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)溫度改變量溫度改變量原體積原體積 體積改變量體積改變量tdVVdtt山西燃氣工程技術學校1 1流體的壓縮程度和膨脹程度同（流體的壓縮程度和膨脹程度同（ ）有關。）有關。A A、壓力和溫度、壓力和溫度 B B、壓力和流體的體積、壓力和流體的體積C C

10、、溫度和流體的體積、溫度和流體的體積 D D、盛流體的容器、盛流體的容器A A山西燃氣工程技術學校一、靜壓力一、靜壓力 ( (pressurepressure) ) p p 定義：靜止流體中，作用在單位面積上的力稱為靜壓力，亦稱壓強。定義：靜止流體中，作用在單位面積上的力稱為靜壓力，亦稱壓強。設微小面積設微小面積AA上的總壓力為上的總壓力為PP ，則：，則：平均靜壓強：平均靜壓強：點靜壓強：點靜壓強：單位：帕斯卡（單位：帕斯卡（PaPa）、牛頓）、牛頓/ /米米2 2（N/mN/m2 2）APp0limAPpA 山西燃氣工程技術學校流體靜壓力的兩個特性：流體靜壓力的兩個特性：（1）流體靜壓力的

11、方向總是與作用面垂直，并指向）流體靜壓力的方向總是與作用面垂直，并指向作用面；作用面；（2）靜止流體內部任意點處的流體靜壓力在各個方）靜止流體內部任意點處的流體靜壓力在各個方向上是相等的。向上是相等的。重點重點山西燃氣工程技術學校1 1水靜壓強的方向永遠沿著（水靜壓強的方向永遠沿著（ ）。）。 A A、與作用面平行的方向、與作用面平行的方向 B B、作用面的外法線方向、作用面的外法線方向 C C、作用面的內法線方向、作用面的內法線方向 D D、不確定的方向、不確定的方向2 2靜止液體受到的表面力有（靜止液體受到的表面力有（ ）。）。 A A、壓力、壓力 B B、切應力、切應力 C C、重力、重

12、力 D D、慣性力、慣性力3.3.靜止液體中某一點垂直方向的水靜壓強（靜止液體中某一點垂直方向的水靜壓強（ ）水平方向的）水平方向的水靜壓強。水靜壓強。A A、大于、大于 B B、等于、等于 C C、小于、小于 D D、A A或或C CCAB山西燃氣工程技術學校1 1( ) ( ) 水靜壓強表示在靜止液體中作用在單位面積上的力，水靜壓強表示在靜止液體中作用在單位面積上的力，單位符號為單位符號為PaPa，即，即N/N/。2.2.（ ）靜止液體中某點水靜壓強的大小與作用面的方位有關。）靜止液體中某點水靜壓強的大小與作用面的方位有關。X山西燃氣工程技術學校壓強的表示壓強的表示絕對壓強、相對壓強、真空

13、度絕對壓強、相對壓強、真空度壓強的大小從不同的基準算起，有不同的表示方法：壓強的大小從不同的基準算起，有不同的表示方法：絕對壓強絕對壓強 以絕對真空為零點而計量的壓強。以絕對真空為零點而計量的壓強。相對壓強相對壓強 亦稱表壓，以當?shù)卮髿鈮阂喾Q表壓，以當?shù)卮髿鈮?pa pa 為零點為零點計量的壓強，計量的壓強， 。真空壓強真空壓強 即真空度，為流體絕對壓強小于當?shù)丶凑婵斩龋瑸榱黧w絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簳r，產生真空的程度，即：大氣壓時，產生真空的程度，即： ， 時，時， 。絕p表phphppppaaa絕表真papp絕0appp絕表表絕真ppppa山西燃氣工程技術學校1.1.水靜壓強通常有如下三種表

14、示方法（水靜壓強通常有如下三種表示方法（ ）。）。 A A、絕對壓力、標準壓力、表壓力、絕對壓力、標準壓力、表壓力 B B、絕對壓力、表壓力、真空度、絕對壓力、表壓力、真空度 C C、絕對壓力、標準壓力、真空度、絕對壓力、標準壓力、真空度 D D、標準壓力、表壓力、真空度、標準壓力、表壓力、真空度2.2.在水靜力學方程式在水靜力學方程式P=Pa+pghP=Pa+pgh中，如果中，如果PaPa為大氣壓力，則為大氣壓力，則P P表示表示（ ）。）。 A A、絕對壓力、絕對壓力 B B、表壓力、表壓力 C C、標準壓力、標準壓力 D D、真空度、真空度3.3.一個標準大氣壓為（一個標準大氣壓為（ ）

15、PaPa。 A A、101325 B101325 B、101.325 C101.325 C、1013.25 D1013.25 D、10.132510.13254.4.（ ）靜壓力是隨深度按直線規(guī)律變化的，即點的位置越深，壓力）靜壓力是隨深度按直線規(guī)律變化的，即點的位置越深，壓力就越大。就越大。B BA AA A山西燃氣工程技術學校系統(tǒng)的平衡狀態(tài)用狀態(tài)參數(shù)來描述，表示基本狀態(tài)參量之系統(tǒng)的平衡狀態(tài)用狀態(tài)參數(shù)來描述，表示基本狀態(tài)參量之間函數(shù)關系的方程稱為狀態(tài)方程。間函數(shù)關系的方程稱為狀態(tài)方程。所謂理想氣體是一種抽象的假象氣體，這種氣體必須符合所謂理想氣體是一種抽象的假象氣體，這種氣體必須符合兩條假定

16、：兩條假定：(1)(1)氣體的分子是一些彈性的、不占有體積的氣體的分子是一些彈性的、不占有體積的質點；（質點；（2 2）分子之間沒有相互作用力。）分子之間沒有相互作用力。pv=RT pv=RT 氣體的絕對氣體的絕對壓力壓力 Pa氣體的比體氣體的比體積積,m3/kg,m3/kg氣體的熱力氣體的熱力學溫度，學溫度，K氣體常數(shù)，氣體常數(shù)，J/(kgK)J/(kgK)注意注意此式僅適用于此式僅適用于1kg1kg質量的氣體質量的氣體與氣體的性質有關，與氣體的性質有關，而與氣體的狀態(tài)無關而與氣體的狀態(tài)無關山西燃氣工程技術學校1.1.理想氣體是這樣一種氣體，其氣體分子是（理想氣體是這樣一種氣體，其氣體分子是

17、（ ）。）。 A A、不占體積的質點，分子之間沒有作用力、不占體積的質點，分子之間沒有作用力 B B、占微小體積的質點，分子之間沒有作用力、占微小體積的質點，分子之間沒有作用力 C C、占微小體積的質點，分子之間有微弱作用力、占微小體積的質點，分子之間有微弱作用力 D D、不占體積的質點，分子之間有微弱作用力、不占體積的質點，分子之間有微弱作用力2.2.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pV=nRTpV=nRT中，中，V V表示（表示（ ）。）。 A A、單位質量氣體所占有的體積、單位質量氣體所占有的體積 B B、質量為、質量為nkgnkg氣體所占體積氣體所占體積 C C、1mol1mol氣體所

18、占有的容積氣體所占有的容積 D D、物質的量為、物質的量為nmolnmol氣體所占有的容積氣體所占有的容積3.3.（ ）氣體常數(shù)與氣體性質有關，而與氣體狀態(tài)無關。）氣體常數(shù)與氣體性質有關，而與氣體狀態(tài)無關。A AB B山西燃氣工程技術學校1.1.實際氣體狀態(tài)方程是考慮了（實際氣體狀態(tài)方程是考慮了（ ）而推導出的。）而推導出的。A A、氣體分子具有一定體積、氣體分子具有一定體積 B B、氣體分子之間有相互作用力、氣體分子之間有相互作用力C C、氣體是可壓縮的、氣體是可壓縮的 D D、A A和和B B2.2.實際氣體狀態(tài)方程式實際氣體狀態(tài)方程式pVm=ZRTpVm=ZRT中，中，Z Z為壓縮系數(shù)，

19、同（為壓縮系數(shù)，同（ ）有關。）有關。A A、氣體的壓力有關、氣體的壓力有關 B B、氣體的溫度有關、氣體的溫度有關C C、氣體的密度有關、氣體的密度有關 D D、A A和和B B引用壓縮因子引用壓縮因子z z修正的實際氣體狀態(tài)方程式修正的實際氣體狀態(tài)方程式pv=zRTpv=zRTzz壓縮因子是氣體溫度和壓力的函數(shù)壓縮因子是氣體溫度和壓力的函數(shù)D DD D山西燃氣工程技術學校定義：定義：某一瞬時流場中的一條曲線，其上各質點的運動方向均與某一瞬時流場中的一條曲線，其上各質點的運動方向均與曲線相切。曲線相切。特點：特點：不穩(wěn)定流時，流線的空間方位、形狀隨時間變化不穩(wěn)定流時，流線的空間方位、形狀隨時

20、間變化 穩(wěn)定流時，流線的形狀不隨時間變化，并與跡線重合。穩(wěn)定流時，流線的形狀不隨時間變化，并與跡線重合。 流線是一條光滑曲線，既不能相交也不能轉折。流線是一條光滑曲線，既不能相交也不能轉折。意義：意義：流線形象的描繪了流場中各質點的瞬時流動方向。流線形象的描繪了流場中各質點的瞬時流動方向。穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動 （ 定常流動定常流動 ） 流體所有運動要素與時間無關。流體所有運動要素與時間無關。不穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動（不定常流動）（不定常流動）流體所有運動要素與時間有關。流體所有運動要素與時間有關。流線流線定義：定義：某質點在一段時間內所經過的路線。如：流星、煙火某質點在一段時間內所經過的路線。如：流星

21、、煙火特點：特點：每個質點都有一個運動軌跡。每個質點都有一個運動軌跡。跡線跡線山西燃氣工程技術學校1 1在（在（ ）條件下，跡線與流線完全重合。）條件下，跡線與流線完全重合。 A A、液體密度不變的、液體密度不變的 B B、液體密度改變的、液體密度改變的 C C、不穩(wěn)定流、不穩(wěn)定流 D D、穩(wěn)定流、穩(wěn)定流2.2.（ ）穩(wěn)定流的流線具有這樣兩個特點，即流線形狀不改變和流線）穩(wěn)定流的流線具有這樣兩個特點，即流線形狀不改變和流線不相交。不相交。D D山西燃氣工程技術學校22112211221 22g2gwpvpvzzh流體速度沿流動方向變化比較緩慢、流線分布較均勻的區(qū)段稱為緩變流。流體速度沿流動方向

22、變化比較緩慢、流線分布較均勻的區(qū)段稱為緩變流。在流道上下游的緩變流區(qū)段各取一過流斷面在流道上下游的緩變流區(qū)段各取一過流斷面1 1或或2 2。根據(jù)能量守恒可得穩(wěn)。根據(jù)能量守恒可得穩(wěn)定流能量方程：定流能量方程：取三面：取三面：基準面基準面o o- -o o 必須為水平面，作為位置水頭必須為水平面，作為位置水頭z z 的基的基準面，通常取兩計算斷面中位置較低的斷面。準面，通常取兩計算斷面中位置較低的斷面。計算斷面計算斷面I I 已知條件比較充分的斷面。已知條件比較充分的斷面。計算斷面計算斷面II II 未知量所在的斷面（斷面應與流線垂未知量所在的斷面（斷面應與流線垂直）。直）。位置位置水頭水頭壓力壓

23、力水頭水頭流速流速水頭水頭實際流體實際流體1 1、2 2斷面間，斷面間，單位重量液流的平均能量損失單位重量液流的平均能量損失山西燃氣工程技術學校1 1水平等徑管路，沿流動方向，壓力呈（水平等徑管路，沿流動方向，壓力呈（ ）的變化趨勢。）的變化趨勢。 A A、上升、上升 B B、下降、下降 C C、基本不變、基本不變 D D、A A或或B B2.2.伯努利方程式中位置水頭是相對基準面而言的，基準面（伯努利方程式中位置水頭是相對基準面而言的，基準面（ ） A A、必須是海平面、必須是海平面 B B、必須低于管線、必須低于管線 C C、只要是水平面就可以、只要是水平面就可以 D D、標準一致即可、標

24、準一致即可3.3.（ ) )在水平等徑管路，沿液流流動方向，壓強有時會升高。在水平等徑管路，沿液流流動方向，壓強有時會升高。BCX山西燃氣工程技術學校18831883年，雷諾（年，雷諾（ReynoldsReynolds）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質。實驗裝置如下圖所示）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質。實驗裝置如下圖所示 實驗結論實驗結論1 1： 當流速較小時，各流層流體質點互相平行前進，質點間互不干擾，沒有橫向位當流速較小時，各流層流體質點互相平行前進，質點間互不干擾，沒有橫向位置的交換置的交換層流流態(tài)。層流流態(tài)。實驗結論實驗結論2 2 當流速較大時，流體質點在運動中有橫向位置的交換，各

25、流層之間質點相互混當流速較大時，流體質點在運動中有橫向位置的交換，各流層之間質點相互混摻、互相碰撞、雜亂無章的向前運動摻、互相碰撞、雜亂無章的向前運動紊流流態(tài)。紊流流態(tài)。 實驗結論實驗結論3 3： 層流到紊流的中間過渡狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)層流到紊流的中間過渡狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。山西燃氣工程技術學校 雷諾數(shù)雷諾數(shù)ReRe實際上表征了實際上表征了流動流體的慣性和粘性的比值流動流體的慣性和粘性的比值. . 若若ReRe較大時，液流中的慣性力起主導作用，使水流呈現(xiàn)較大時，液流中的慣性力起主導作用，使水流呈現(xiàn)紊流流態(tài)。紊流流態(tài)。 若若ReRe較小時，液流中的粘性力起主導作用，使水流呈現(xiàn)較小時，液流中的粘性力起

26、主導作用，使水流呈現(xiàn)層流流態(tài)。層流流態(tài)。 紊流流態(tài)的分區(qū)紊流流態(tài)的分區(qū) 根據(jù)層流底層厚度根據(jù)層流底層厚度（隨著（隨著ReRe變化而變化）與管壁絕對變化而變化）與管壁絕對粗糙度粗糙度K K（通常為定值）之間的關系，可將紊流流態(tài)進一步劃（通常為定值）之間的關系，可將紊流流態(tài)進一步劃分為三個區(qū)域：分為三個區(qū)域： 水力光滑（管）、混合摩擦、水力粗糙（管）水力光滑（管）、混合摩擦、水力粗糙（管）層流：層流：Re2000 Re2000Re2000山西燃氣工程技術學校1.1.雷諾數(shù)越小，液流呈現(xiàn)（雷諾數(shù)越小，液流呈現(xiàn)（ ）流態(tài)的可能性越大。）流態(tài)的可能性越大。A A、水力光滑區(qū)、水力光滑區(qū) B B、混合磨阻

27、區(qū)、混合磨阻區(qū) C C、層流、層流 D D、完全粗糙區(qū)、完全粗糙區(qū)2.2.隨著雷諾數(shù)由小到大，液流流態(tài)變化依次是（隨著雷諾數(shù)由小到大，液流流態(tài)變化依次是（ ）A A、層流、水力光滑區(qū)、混合摩阻區(qū)、完全粗糙區(qū)、層流、水力光滑區(qū)、混合摩阻區(qū)、完全粗糙區(qū)B B、水力光滑區(qū)、混合摩阻區(qū)、完全粗糙區(qū)、層流、水力光滑區(qū)、混合摩阻區(qū)、完全粗糙區(qū)、層流C C、層流、混合摩阻區(qū)、水力光滑區(qū)、完全粗糙區(qū)、層流、混合摩阻區(qū)、水力光滑區(qū)、完全粗糙區(qū)D D、層流、水力光滑區(qū)、完全粗糙區(qū)、混合摩阻區(qū)、層流、水力光滑區(qū)、完全粗糙區(qū)、混合摩阻區(qū)3.3.一般輸液管路中，如果一般輸液管路中，如果ReRe（ ）20002000時，

28、即認為是紊流。時，即認為是紊流。A A、等于、等于 B B、大于、大于 C C、小于、小于 D D、小于等于、小于等于4.4.（ ）雷諾數(shù)反映了粘滯力與慣性力對比的程度。）雷諾數(shù)反映了粘滯力與慣性力對比的程度。XC CA AB B山西燃氣工程技術學校沿程阻力：在邊壁沿程不變的管段上，流動阻力沿程也基本不變，這類阻力沿程阻力：在邊壁沿程不變的管段上，流動阻力沿程也基本不變，這類阻力 稱沿程阻力。稱沿程阻力。局部阻力：在邊界急劇變化的區(qū)域，阻力主要地集中在該區(qū)域及其附近，局部阻力：在邊界急劇變化的區(qū)域，阻力主要地集中在該區(qū)域及其附近，這種集中分布的阻力稱為局部阻力。這種集中分布的阻力稱為局部阻力。沿程損失：克服沿程阻力引起的能量損失稱為沿程損失。沿程損失：克服沿程阻力引起的能量損失稱為沿程損失。局部損失：克服局部阻力引起的能量損失稱為局部損