1、1.11.21.31.41.51.6流體及其主要物理性質流體靜力學流體動力學流體在管內的管路計算流量測量阻力第 1 章流體流動1.1.11.1.2流體及其特點流體的物理性質1.1 流體及其主要物理性質1.1流體及其主要物理性質點流體：氣體和液體幾乎沒有抵抗變形的能力，不但整體會產生運動，其內部質點也亦發生相對運動，具有性，故把氣體和液體統稱為流體。特點：性；無固定形狀。液體：不可壓縮性流體分類：氣體：可壓縮性流體，(P1-P2)/P120%時可視為不可壓縮性流體1.1.1 流體及其特1.1流體及其主要物理性質1.1.2流體的物理性質1.密度：體積流體所具有的質量。，kg/m3表征流體內部質點質

2、量的密集程度。均質流體： =m/V，液體： f(T)=f(T，P)混合物：取1kg混合液為基準，設xw,i為i質量分率，則：組分的1w,nVm12n1.1流體及其主要物理性質氣體： =f(T，P)理想氣體：壓強不太高、溫度不太低；=m/V=PM/(RT)或者：0=M/22.4，T0=273.15K，P0=101.3kPa下標0表示標準狀態，0，1atm。 T0 P0 T01.1流體及其主要物理性質理想氣體混合物：Mm 為平均分子量：混合物：以1m3混合氣體為基準， 設xv,i體積分率，則：為i組分的 m 1mV ,nMm Mi yi PMm mRT1.1流體及其主要物理性質2.流體的重度、和指

3、數體積的流體所具有的重量，用表示。=G/V=mg/V=g1）重度：SI制制N/m3/m3工程kgf注意：重度是工程制的物理量，在同一和在數值是不等的，但是工程 SI制中的數值相等。制中，制中的和1.1流體及其主要物理性質2）：液體的通常指其密度（或重度）與水在4時的密度（或重度）之比 ，也稱相對密度。 dt44w41000w指數：對油品，常采用一種特殊的計測3）指數，oAPI。得的讀數來表示輕重，該讀數稱為oAPI 141 .5 131 .5d 15 .615 .61.1流體及其主要物理性質3.流體的比體積（比容）：質量流體所占的體積： m3/kg =V/m =1/1.2.11.2.21.2.

4、2流體的靜壓強流體靜力學基本方程式流體靜力學基本方程式的應用1.2 流體靜力學1.2流體靜力學1.2.1流體的靜壓強壓強被視為外部作用力（包括流體柱自身的重力）在流體中的，其方向始終與作用面相垂直；無論流體運動與否，壓強始終存在，流體中的壓強稱為靜壓強。在流體空間的任一點處，靜壓強數值相等地作用在各個方向。1.2流體靜力學定義：流體垂直作用于慣上稱為壓力。面積上的力，簡稱壓強，習P壓強的=F/AP=f(x,y,z)及換算：1atm=1.013105Pa=10.33mH2O=760mmHg1at=9.81104Pa=10mH2O=735.6mmHg=1kgf/cm2 1atm=1.033at1k

5、gf/m2=1mmH2O1.2流體靜力學壓強的表示方法：以絕對真空（0atm）為基準：絕對壓強，真實壓強以當地大氣壓為基準：表壓或真空度絕壓大氣壓：壓力表表壓強表壓強=絕對壓強大氣壓強絕壓大氣壓：真空表真空度真空度=大氣壓強絕對壓強1.2流體靜力學注：大氣壓力應從當地氣壓計上讀得；對表壓和真空度應予以注明，絕壓無需注明。1.2流體靜力學例1：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔頂的真空表讀數為80103Pa，在操作時，若要求塔內維持相同的絕對壓強，真空表的讀數應為若干？已知Pa，蘭州=85.3103Pa，Pa，=101.33103Pa。解：蘭州：絕壓=大氣壓真空度=85.310380103=5300P

6、a：真空度=大氣壓絕壓=101.331035.3103=9.603103Pa1.2流體靜力學例2：某設備測壓儀表上的讀數分別為120mmHg （真空度）和1.2kgf/cm2（表壓），試求處的絕壓分別為多少Pa？當地大氣壓為750mmHg。解：進口處（P1）：絕壓=大氣壓力真空度P1=750-120=630mmHg=630/7601.013105=8.4105Pa出口處（P2）：絕壓=大氣壓力真空度P2=（750/7601.013105+1.2）9.087104=2.18105Pa1.2流體靜力學公式推導：不可壓縮流體，為常數：流體靜力學基本方程式gz+P常數1.2.2流體靜力學基本方程式1.

7、2流體靜力學公式推導： p g 0Z軸（1） zx軸（2）（3）y軸流體內同一水平面上各點的壓強是相同的，流體壓強只沿著高度變化。 p 0 y p 0 x( p dz p )dxdy ( p dz p ) dxdy gdxdydz 02 z2 z1.2.2流體靜力學基本方程式1.2流體靜力學若積分限取距離基準水平面高度為Z1 和Z2 的兩個平面，且作用于這兩個平面上的壓強分別為P1 和P2 ，則得：(P2-P1)/g即：=Z1-Z2流體靜力學基本方程式P2 = P1 +g(Z1 - Z2)1.2流體靜力學：應用條件：連續、狀態的同一種流體；若P1=P0，P2=PP=P0+gh，當P0一定時，h

8、P，即：流體中任一點的壓力與流體密度和所處高度h有關，與容器形狀無關；P0 變化時，會以同樣大小傳遞到液體內部 原理；應用：水壓機、傳動裝置；1.2流體靜力學、連續、同一流體、同一水平面上，各點的壓力相等，即：等壓面為一水平面 連通器原理；對于氣體，考慮到氣體密度隨容器高低變化甚微，一般也可視為常數，故靜力學基本方程亦適用于氣體。由于g很小，ggh氣體的壓力相等；可以忽略，因此：空間內1.2流體靜力學 P=P0+gh h=(P-P0)/g ，:液柱高液柱壓差計原理;P2 =P1+g(Z1-Z2)P1/+gz1=P2/+gz2gz質量流體具有的位能，J/kg；質量流體具有的靜壓能， J/kg；P

9、/故：連續、的同一流體中，靜壓能與位能守恒。1.2流體靜力學（一）壓力測量液柱壓差計（Manometers）普通 U 型管壓差計（Simplemanometer）指示液：與所測流體不互溶與被測流體不起化學作用其密度應大于所測流體的密度（0）1.2.3 流體靜力學基本方程式的應 用1.2流體靜力學根據流體靜力學基本方程式，：PA P1 gZ1PB P2 gZ2 0gR P1 gZ1 P2 gZ 2 0 gR當被測流體為氣體時，由于氣體的密度相對于指示液的密度小得多（0），則：P P1 P2 (0 )gR 0 gRP1 P2 (0 )gR1.2流體靜力學說明：壓強差P僅與讀數R和密度差（0-）有關

10、，而與U型管的粗細、長短、位置無關；與測壓引線的粗細、長短亦無關；若P一定，（0-）R選擇適當的指示液。測量液體壓差時，可選用密度大的指示液，液；銀；測量氣體壓差時，一般用水作指示1.2流體靜力學若把U型管一端與設備或管路的某一截面連接，另一端與大氣相通，這時 讀數所反映的就是管路中 這一截面處流體的表壓力，因此也可用U型管壓差計來測量某一處的壓力。1.2流體靜力學倒裝U型管壓差計（Up-side downmanometer）：取等壓面AB（水平、連續、同一流體），可以得到：PA =P1 PA gZ1PBP2 PB gZ 2 g gR P1 gZ1 P2 gZ 2整理后得： g gR（g）P

11、P1 P2 ( g )gR gR1.2流體靜力學斜管壓差計（Inclinedmanometer）型管可在測量較小的壓差 p采用傾斜U時，R1得到較大的讀數值。壓差計算式：15，一般約為20p1 p2 R1 sin0 g1.2流體靜力學差計（Two-liquid manometer）雙特點：使讀數R擴大對一定的壓差P，R值的大小與所用的指示劑密度有關，密度差越小，R數精度也越高。值就越大，讀02雙液：水-煤油、-煤油、CCl4-水等ab壓差：01計入擴大室內的液面差：p1p2P P P R( ) ( d )2 g120102DB p1 p2 R01 02 g1.2流體靜力學（二）液面測量玻璃管液

12、面計壓差液面計液面允許達到的最大值1.2流體靜力學（三）液封高度的計算如各種氣液分離器的后面、氣體洗滌塔底以及氣柜等,為了防止氣體泄漏和安全等目的，都要采用液封(或稱水封)。P zg水z p g水1.3.11.3.21.3.31.3.4概述物料平衡連續性方程總能量平衡機械能平衡方程式1.3 流體動力學1.3流體動力學1.3.1概述1.流量：1）體積流量：時間內流體流過管路任一截面積的體積，以V 表示，：m3/s或m3/h。2）質量流量 ：時間內流體流過管路任一截面積 的質量，以W 表示，：kg/s或kg/h。體積流量與質量流量的關系：W=V1.3流體動力學2.流速：1）（平均）流速：時間內流體

13、在方向上流過的距離，以u表示，：m/s。注：流速沿徑向是變化的，管中心流速最大，靠近壁面處最小（為零）。所以，通常取同一截面上各點流速的平均值，稱為平均流速，簡稱流速：u=V/A2）質量流速時間內流體流過管路截面積的質量，以G表示，：kg/(m2s)。G=W/A=V/A=u1.3流體動力學3.管徑的估算:一般：液體：u = 0.53m/s氣體：u=1030m/s確定管徑：計算實際流速u實圓整（規格化，取標準管徑）計算d選定流速ud4 V u1.3流體動力學4.穩定與不穩定：1）穩定：若與有關的各參數只隨位置變化，不隨時間變化，為穩定，。1.3流體動力學2）不穩定：若與有關的各參數不僅隨位置變化

14、，而且隨時間變化，為不穩定，如圖（關閉進水管1）所示。1.3流體動力學質量守恒原理：1.穩定的物料平衡：12流體21連續性方程u1A1=u2A2不可壓縮流體：為常數，則有對內徑為d的圓形管路，有：1.3.2 物料平衡連續性方程u d 21 2u 2 d 1W1=W2或：u1A11= u2A22進料速度=出料速度+積累速度1.3流體動力學不穩定的物料平衡：設瞬時進入、輸出物料質量流量分別為Wi、Wo，微分時間d內積累的物料量為dm則有：，W Wdm或 Wd Wd dmi0d io1.3流體動力學某蒸汽管路的直管直徑d1 =50mm，流速u1 =25m/s，密度1 =2.62kg/m3，蒸汽分兩支

15、管流出。出口處的蒸汽密度及管徑分別為： 2 =2.24kg/m3，d2 =35mm； 3 =2.3kg/m3，d3 =30mm，求出口流速應為多大才能保證兩支管的質量流量相等？【例】1.3流體動力學說明：要注意可壓縮性流體及不可壓縮性流體的區別；無論可壓縮與否，均可采用可壓縮性流體的連續性方程，即原始方程：W1 = W2或：u1A11= u2A221.3 流體動力學總能量平衡（一）流體包含的能量位能：質量為m 的流體自基準水平面升舉到高度Z 所作的功，mgZ ，：J質量流體(1kg)具有的位能稱比位能，gZ，J/kg1.3流體動力學2.動能：質量為m、流速為u的流體所具有的動能為mu2/2。

16、m 2： 12 2 mu kg N m Js 質量流體具有的動能稱比動能，u2/2，J/kg1.3流體動力學靜壓能：設流體m、V i-i截面(P、A)，則：截面處的壓力F=PA，流體通過A前進的距離l=V/A流體進入該截面所需功=Fl=PV即：流體所具有的靜壓能=PV，為J，又稱功。質量流體所具有的靜壓能稱比靜壓能：比靜壓能=PV/m=P/(m/V)=P/，為J/kg。1.3流體動力學內能：分子運動的動能、分子間作用力產生的能量、化學能等；質量流體的內能以U 表示，為J/kg；質量為m的流體所具有的內能為mU其他能量：質量流體通過時吸熱或放熱，以qe 表示，單熱：位為J/kg“”。；規定流體吸熱時取“”，放熱時取質量流體獲得的能量，又稱有效功，以We外功：表示，J/kg；規定外界對流體做功取“”，流體對外做功取“”。1.3流體動力學（二）總能量平衡方程式在截面1-1和截面2-2之間對質量流體作總能量為：1 up1UgZ q w2111ee211 u2p 2UgZ22222機械能：位能、動能、壓力能、外功可轉化為熱及內能，或者相互轉化內能和熱：不能轉化為用于流體輸送的能量1.3流體動力學1.3.4機械能平衡（