流体力学基本知识Word文档下载推荐.docx

1、而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。（二）惯性（密度）流体的第一个特性是具有质量。流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号表示。在均质流体内引用平均密度的概念，用符号表示：式中： m流体的质量Kg；V流体的体积m3；流体密度Kg/m3。但对于非均质流体，则必需用点密度来描述。所谓点密度是指当V0值的极限（dV dm V m V 0 lim），即：公式中，V0理解为体积缩小为一点，此点的体积可以忽略不计，同时

2、，又必须明确，这点和分子尺寸相比必然是相当大的，它必定包括多个分子，而不至丧失流体的连续性。压强和温度对不可压缩流体密度的影响很小，可以把流体密度看成是常数。流体的第二个特性是具有重量，这是第一个特性的结果。重度是流体单位体积内所具有的流体重量，即：（upsilon）流体的重度,N/m3牛顿/米3。G流体的重量,N牛顿；V流体的体积,m3米3；对于液体而言，重度随温度改变，而气体而言，气体的重度取决于温度和压强的改变。显然，密度与重度存在如下关系，G=mg，等式两边除以V得： 即：g重力加速度，通常取9.81m/s2米/秒2三、粘滞性当我们把油和水倒在同一斜度的平面上，发现水的流动速度比油要快

3、的多，这是因为油的粘滞性大于水的粘滞性。又如我们观察河流，可以明显地看到，越靠近河岸流速越小，越接近河心流速越高。这表明河岸对流体有约束作用，流体内部也有相互约束的作用力。这种性质就是流体的粘滞性。我们可以通过下面的试验来证明流体粘滞性的存在。（一）牛顿内摩擦力定律假设有两块平行的木板，其间充满流体，如图，让下面一块平板固定而上面一块平板以等速V运动，我们将会看到板间流体很快就处于流动状态，且靠近上面平板的流体流速较大，而靠下面平板的流速则较减小，其流速由上至下速度变化为从V到零。当中任一层流体的速度随法线方向呈线性改变。要使上面平板以等速运动，需在其上加一个力，使它大小恰好克服流体由于粘滞性

4、而产生的内摩擦力F，流体层间内摩擦力是成对出现的，其方向据实际分析而定。实验证明，内摩擦力F的大小与流体种类有关；与流体的接触面积有关；与垂直于板的速度梯度成正比。故：（mu）流体动力粘性系数（）；A流层的接触面积；流体在法线方向（垂直于木板）的速度梯度。上式称作牛顿内摩擦定律。而通常把单位面积上所具有的摩擦力称为摩擦应力或切应力：（tao）摩擦应力或切应力。上式表明切应力的大小取决于速度梯度，也可以理解为取决于变形角速度的大小。如图所示，设流体作直线运动，在某时刻t取一个正方形成一斜方形流体基元平面，令上层流速，经过d t时间即为角变形速度，在短暂时间内，则：另外，从公式中还可以看出，切应力

5、的大小也取决于粘性系数。而动力粘性系数又随不同流体及温度和压力而变化。通常粘性系数与压力的关系不大，如每增加1Kg/cm2时，液体的粘性系数平均只增加1/5001/300，因此在多数情况下可以忽略压力对液体粘性系数的影响。对于气体，由分子运动论得知： 动力粘性系数=（0.310.49）V L（rho）气体密度；V气体分子运动速度；L分子平均自由行程。由于分子运动的速度V与压力P无关，在等温条件下，P与成正比与L成反比，故压力变化时仍可保持不变。至于粘性系数与温度的关系已被大量的实验所证明。即液体的粘性系数随温度的增加而下降，气体的粘性系数随温度而增加。这种截然相反的结果可用液体的微观结构去阐明

6、。流体间摩擦的原因是分子间的内聚力、分子和壁面的附着力及分子不规则的热运动而引起的动量交换，使部分机械能变为热能。这几种原因对液体与气体的影响是不同的。因为液体分子间距增大，内聚力显著下降。而液体分子动量交换的增加又不足以补偿，故其粘性系数下降。对于气体则恰恰相反，其分子热运动对粘滞性的影响居主导地位，当温度增加时，分子热运动更为频繁，故气体粘性系数随温度而增加。另外，在我们研究流体运动规律的时候，和经常是以/的形式相伴出现，这是为了实用方便，就把/叫做运动粘性系数，用符号表示。运动粘性系数 =/米2/秒必须指出：在分析流体流过固体的时候，或管中流体运动诸现象时运动粘性系数是非常重要的参数。但

7、是当比较各种不同流体的内摩擦力时，运动粘性系数却不能作为一项物理特征。我们只要比较一下水与空气的粘性系数即可明白这一点。水比空气粘性大，动力粘性系数水的比空气的大100倍，但是空气的运动粘性系数却比水的大10倍以上，所以不能以运动粘性系数来说明水比空气粘性大，这是因为空气的密度比水小几百倍的缘故。（二）牛顿体与非牛顿体牛顿内摩擦定律仅适用于一般的流体（水、空气等）。内摩擦力符合牛顿内摩擦力定律的称为牛顿体；反之，则称为非牛顿体。四、压缩性和热膨胀性（一）液体的压缩性和膨胀性流体的可压缩性是指流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。可压缩性实际上是流体的弹性。（1） 压缩系数,

8、单位为m2/N（米2/牛顿）或Pa-1。液体的可压缩性用压缩系数来表示，它表示在一定温度下，压强增加一个单位体积的相对缩小率。若液体的原体积为V，则压强增加dp后，体积减少dV，dV P V dV 1 T不变，压缩系数为： 或 液体压缩系数（l大气压，1/Pa）。V 原有体积（米3）dV体积改变量（米3）dp压力改变量（l工程大气压1公斤力厘米2，Pa）由于液体受压体积减少，dp和dV异号，式中右侧加负号，以使为正值，其值越大则流体越容易压缩。的单位是1/Pa或Pa-1。压缩系数的单位与比容的单位相同，比容是单位重量的流体占有的容积，它是定量流体容积大小的状态参数。它与重度的关系为：=1 或

9、=1/（upsilon）比容（米3/牛顿）；（upsilon）重度（牛顿/米3）注：气体的比容随温度和压力变化。根据增压前后质量不变，压缩系数可表示为液体密度（Kg/m3）液体的压缩系数随温度和压强变化。压缩系数的倒数是体积弹性模量，即E的单位是Pa。（2） 热胀系数,单位为1/或1/K。液体的热胀性用热胀系数表示，它在一定的压强下，升高一个单位温度所引起的流体体积的相对增加量。若液体的原体积为V，则温度增加dT后，体积增加dV，热胀系数为：-气体的密度（kg/m3）；T-气体的热力学温度（或K）；V原有体积（米3）实验证明：水在98KPa压强下,温度在110范围内，水的体积膨胀系数=1410

10、-6（1/），温度在1020范围内，水的体积膨胀系数=15010-6（1/），温度在90100范围内，水的体积膨胀系数=710-4（1/）。（二）气体的压缩性和膨胀性气体具有显著的可压缩性和热胀性。这是由于气体的密度随温度和压强的改变将发生显著的变化。在温度253K、压强20MPa时，常用气体（如空气、氮气、氧气、二氧化碳等）的密度、压强温度三者的关系完全符合气体状态方程，即： P-气体的绝对压强（N/m2或Pa）；T-气体的热力学温度（K）；R-气体常数 J/（kgK），在标准状态下的空气R=8314/M=8314/29=287 J/（kgK），M-气体的分子量。空气的气体常数R=287J/

11、kg*K。当气体在压强很高，温度很低的状态下，或接近于液体时就不能当做完全气体看待，上式不适用。理想气体状态方程理想气体指一种假想的气体，它的质点是不占有容积的质点；分子之间没有内聚力。虽然自然界中不存在真正的理想气体，但是为了研究流体的客观规律，从复杂的现象中抓住主要环节而忽略某些枝节，在工程应用所要求的精度内，使问题合理化，不至于引起太大的误差。就此意义来讲，引出理想气体的概念是十分重要的。在研究通风除尘与气力输送时，完全可以引用理想气体的定律。空气在压力或温度变化时能改变自身的体积，具有显著的压缩性和膨胀性，因此，当温度或压力变化时，气体的密度也随之变化。它们之间的关系，服从于理想气体状

12、态方程。即：P=RT 或：P/=RTP绝对压力（牛顿/米2）；比容（米2/牛顿）；T热力温度（K开尔文）；T=T0+t0C，T0=273K；R气体常数（牛米/千克开），对于空气R=287牛开。理想气体状态方程（函数关系式）：M-摩尔质量、n-气体的物质的量，单位mol；R-气体常量,单位J/（kgK），P-气体压强Pa，V-气体体积，式中表示m千克气体的体积，T-体系温度（绝对温度），单位K。理想气体在状态变化时三个基本状态参数：绝对压强、比体积及绝对温度之间的关系式，即理想气体的状态方程式：（当摩尔质量、气体质量为1Kg理想状态时）也称为克拉贝龙方程式： （2-1）-气体的比体积从式（2-1

13、）中，描述气体状态的三个基本参数、中，只有两个是独立的，只有给定三个基本状态参数中的任意二个，气体状态就被确定了，若气体质量为m千克，将式（2-1）两边各乘以m，则得m千克理想气体的状态方程式： （2-2）V-表示m Kg气体的体积，对于混合理想气体，其压强p是各组成部分的分压强p1、 p2、之和，pV=（ p1+ p2+）V=（n1+n2+）RT，n1、n2、是各组成部分的物质的量。以上两式是理想气体和混合理想气体的状态方程，可由理想气体严格遵循的气体实验定律得出，也可根据理想气体的微观模型，由气体动理论导出。在压强为几个大气压以下时，各种实际气体近似遵循理想气体状态方程，压强越低，符合越好，在压强趋于零的极限下，严格遵循。在摩尔表示的状态方程中，R为比例常数，对任意理想气体而言，R是一定的，约为8.314410.00026J/（molK）。如果采用质量表示状态方程，pV=mrT，此时r是和气体种类有关系的，r=R/M，M为此气体的平均摩尔质量用密度表示该关系：pM=RT（