《流體力學ch》課件

流體力學歡迎來到流體力學課程。本課程將深入探討流體運動的原理、應用和實際問題。我們將從基本定律開始，逐步深入到復雜的流體系統(tǒng)設計。流體運動的基本定律1質量守恒描述流體質量在運動過程中不會增加或減少的原理。2動量守恒說明流體運動中動量的變化等于外力作用的結果。3能量守恒闡述流體系統(tǒng)中能量的轉化和守恒關系。質量守恒定律控制體積選定一個固定的空間區(qū)域作為研究對象。入流質量進入控制體積的流體質量。出流質量離開控制體積的流體質量。質量平衡入流質量等于出流質量，系統(tǒng)內質量保持不變。動量守恒定律動量變化流體的動量變化等于作用在流體上的外力之和。這包括壓力力、重力和摩擦力等。應用動量守恒定律廣泛應用于噴氣推進、水輪機設計和管道系統(tǒng)分析等領域。能量守恒定律1動能流體運動的能量。2勢能由流體位置決定的能量。3內能流體分子運動和相互作用的能量。4熱能流體與環(huán)境間的熱量交換。5功外力對流體所做的功。流體靜力學的基本概念壓力單位面積上的垂直力。密度單位體積的質量。粘度流體抵抗變形的能力。液體靜壓力等壓面靜止液體中壓力相等的面，通常為水平面。壓強隨深度變化液體靜壓力隨深度線性增加，與液柱高度成正比。帕斯卡定律靜止液體中壓力在各個方向上相等。桿流與噴流桿流流體在管道中的流動，特點是截面積不變，速度分布不均勻。噴流流體從小孔噴出形成的自由流動，特點是截面積變化，速度分布較均勻。貝努利方程1壓力能流體單位質量所具有的壓力能。2動能流體運動所具有的能量。3位能流體由于高度所具有的勢能。4能量守恒上述三種能量之和在理想流體流動中保持不變。流量測量文丘里管利用管道收縮段壓力差測量流量。皮托管測量流體總壓和靜壓之差來確定流速。孔板流量計通過測量孔板兩側壓差來計算流量。電磁流量計利用法拉第電磁感應定律測量導電流體流量。層流與湍流層流流體以平行層的形式流動，各層之間沒有混合。特點是流線平滑、穩(wěn)定。湍流流體運動呈現(xiàn)不規(guī)則的脈動，各部分之間發(fā)生混合。特點是流線紊亂、不穩(wěn)定。層流與湍流的判別雷諾數(shù)無量綱參數(shù)，用于判斷流動狀態(tài)。Re=ρvd/μ臨界雷諾數(shù)流動從層流轉變?yōu)橥牧鞯呐R界值。判別標準Re<Re臨界：層流；Re>Re臨界：湍流邊界層理論1邊界層形成流體與固體表面接觸處形成的薄層。2速度分布邊界層內速度從零逐漸增加到主流速度。3層流邊界層低雷諾數(shù)下形成，流動平穩(wěn)。4湍流邊界層高雷諾數(shù)下形成，流動紊亂。粘性流動的阻力表面摩擦阻力流體與固體表面直接接觸產生的阻力。形狀阻力由于物體形狀導致的壓力分布不均而產生的阻力。誘導阻力主要存在于升力面上，與升力產生有關。總阻力上述各種阻力的綜合效果。管道流動圓管流動最常見的管道流動形式。速度分布管道中心速度最大，壁面速度為零。壓力分布沿流動方向壓力逐漸降低。管道流動的摩擦損失1達西-韋斯巴赫公式計算管道摩擦損失的經典公式。2摩擦系數(shù)與管道粗糙度和雷諾數(shù)有關。3管長摩擦損失與管長成正比。4流速摩擦損失與流速的平方成正比。5管徑摩擦損失與管徑的五次方成反比。局部阻力彎頭流體方向改變導致的能量損失。突擴和突縮管道截面突然變化引起的損失。閥門流體通過閥門時的能量損失。三通流體分流或匯流時的能量損失。機械能損失沿程損失流體在直管段運動時由于摩擦引起的能量損失。與管長、流速和管道特性有關。局部損失流體通過管道中的各種局部構件時產生的能量損失。與流速和局部損失系數(shù)有關。管道系統(tǒng)的設計1需求分析確定流量、壓力和介質特性要求。2管徑選擇根據(jù)流量和允許壓降選擇合適的管徑。3材料選擇考慮介質特性、壓力和溫度選擇管道材料。4布局設計優(yōu)化管道路徑，減少彎頭和局部阻力。5附件選擇選擇合適的閥門、法蘭和其他附件。泵與風機泵用于輸送液體的機械設備。風機用于輸送氣體的機械設備。能量轉換將機械能轉化為流體能量。泵的工作原理吸入流體進入泵腔。加壓泵內機械部件對流體做功。排出高壓流體離開泵腔。循環(huán)重復上述過程，持續(xù)輸送流體。離心泵的特性曲線揚程曲線描述泵的揚程與流量的關系。功率曲線顯示泵的功耗隨流量的變化。效率曲線表示泵的效率隨流量的變化。NPSH曲線描述防止空化所需的進口壓力。離心泵的效率1總效率輸出的有效功率與輸入功率之比。2水力效率考慮水力損失后的效率。3容積效率考慮泄漏損失后的效率。4機械效率考慮機械摩擦損失后的效率。變壓力與變流量變壓力運行通過調節(jié)泵的轉速或閥門開度來改變系統(tǒng)壓力。適用于需要不同壓力的場合。變流量運行通過調節(jié)泵的轉速或旁通閥來改變系統(tǒng)流量。適用于需要不同流量的場合。液體輸送系統(tǒng)設計1需求分析確定流量、壓力和輸送距離要求。2泵選型根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適的泵。3管道設計計算并選擇合適的管徑和材料。4控制系統(tǒng)設計自動化控制系統(tǒng)以優(yōu)化運行。液壓傳動系統(tǒng)液壓泵將機械能轉換為液壓能?？刂崎y控制液壓油的流向和壓力。執(zhí)行元件將液壓能轉換為機械運動。液壓缸的工作原理進油高壓油進入缸體一側?；钊苿佑蛪和苿踊钊\動。排油另一側油液被排出。往復運動通過控制進排油實現(xiàn)往復運動。液壓閥的工作原理方向控制閥控制液壓油的流動方向。壓力控制閥調節(jié)和限制系統(tǒng)壓力。流量控制閥調節(jié)液壓油的流量。單向閥允許液壓油單向流動。液壓系統(tǒng)的設計1需求分析確定系統(tǒng)的力、速度和精度要求。2回路設計繪制液壓原理圖，選擇合適的元件。3參數(shù)計算計算系統(tǒng)壓力、流量和功率需求。4元件選型選擇泵、閥、缸等液壓元件。5系統(tǒng)集成組裝系統(tǒng)并進行調試。氣動元件的工作原理壓縮機提供高