流体力学泵与风机-第1章全解.ppt

1、流体力学泵与风机流体力学泵与风机倪倪波波Tel：15003405382上上 篇篇流体力学流体力学 (36)(36)第一章第一章 绪论绪论(4)(4)第二章第二章 流体静力学流体静力学(8)(8)第三章第三章 一元流体动力学基础一元流体动力学基础(10)(10)第四章第四章 流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失(6)(6)第五章第五章 孔口管嘴管路流动孔口管嘴管路流动(6)(6)第六章第六章 气体射流气体射流(2)(2)第七章第七章 不可压缩流体动力学基础不可压缩流体动力学基础第八章第八章 绕流运动绕流运动第九章第九章 一元气体动力学基础一元气体动力学基础第十章第十章 相似性原理和因次分析相似性

2、原理和因次分析下下 篇篇泵与风机泵与风机(12)(12)第一章第一章 泵与风机的类型、结构泵与风机的类型、结构第二章第二章 泵与风机的工作原理泵与风机的工作原理第三章第三章 工况计算工况计算第四章第四章 安装安装第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 认识流体力学认识流体力学1.21.2作用在流体上的力作用在流体上的力1.31.3流体流体的主要的主要力学力学性质性质1.4 1.4 流体的力学模型流体的力学模型一、流体力学研究内容一、流体力学研究内容流体力学是研究流体平衡和运动平衡和运动的力学规律及其工程应用的一门学科，它可分为理论流体力学和工程流体力学。前者以理论研究为主，后者以实际工程中的流

3、体力学问题研究为主。流体力学由两个基本部分组成：一是流体静力学（主要研究相对静止的流体的平衡规律）；二是流体动力学（主要研究流体的运动规律）。流体力学在生产部门中有着广泛的应用，它是水利、航空、造船、化工、冶金、动力机械、城市建设、环境工程等许多部门的重要基础之一。暖通与空调和燃气工程中，都是以流体作为工作介质，应用流体的物理特性、平衡与运动规律，将流体有效地组织起来加以应用的。1.11.1 认识流体力学认识流体力学二、流体二、流体 具有具有流动性流动性的物体是流体（即能够流动的物体）的物体是流体（即能够流动的物体）。液体和气体是液体和气体是流体：流体：液体分子间距较小，一液体分子间距较小，一

4、般视为不可压缩流体。气体分子间距较大，受压般视为不可压缩流体。气体分子间距较大，受压力或温度变化将出现明显体积变化，因此称为可力或温度变化将出现明显体积变化，因此称为可压缩流体。压缩流体。所有流体都视为由质点（即将流体当作有质所有流体都视为由质点（即将流体当作有质量而不占体积的点）组成的连续介质，质点之间量而不占体积的点）组成的连续介质，质点之间无间隙。相对质点尺寸来说，分子间距可视作无无间隙。相对质点尺寸来说，分子间距可视作无穷小。穷小。自然界物质存在的主要形态：自然界物质存在的主要形态：自然界物质存在的主要形态：自然界物质存在的主要形态：固态固态、液态和气态、液态和气态 流体与固体的区别流

5、体与固体的区别流体与固体的区别流体与固体的区别固体静止时固体静止时既能承受压力，也能承受拉力与剪切力既能承受压力，也能承受拉力与剪切力；流体只能承受压力，一般不能承受拉力，流体只能承受压力，一般不能承受拉力，任何一个任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。液体与气体的区别液体与气体的区别液体与气体的区别液体与气体的区别 液体的流动性小于气体；液体的流动性小于气体；液体具有一定的体积，并取容器的形状，液体具有一定的体积，并取容器的形状，存在一个存在一个自由液面自由液面；气体充满任何容器，而无一定体积；气体充满任何容器，而无一定体积，不存，不存在自由液面在

6、自由液面。气体易于压缩；而液体难于压缩气体易于压缩；而液体难于压缩 ；承受任何微小切向应力都会发生连续变形的物质就称为流体。承受任何微小切向应力都会发生连续变形的物质就称为流体。三、流体的特征三、流体的特征三、流体的特征三、流体的特征（1）流动性，即抗剪抗张能力都很小。）流动性，即抗剪抗张能力都很小。（2）无固定形状，随容器的形状而变化。）无固定形状，随容器的形状而变化。（3）在外力作用下流体内部发生相对运动。）在外力作用下流体内部发生相对运动。四、生活中的流体力学四、生活中的流体力学四、生活中的流体力学四、生活中的流体力学水往低处流水往低处流司马光砸缸；司马光砸缸；风平浪静，无风不起浪；微风

7、吹拂，微波荡漾；大风风平浪静，无风不起浪；微风吹拂，微波荡漾；大风大浪；狂风大作，波浪滔天大浪；狂风大作，波浪滔天 ；高尔夫球的粗糙表面；高尔夫球的粗糙表面；足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ；飞机之所以能起飞；飞机之所以能起飞；风案、船案风案、船案-“流体力学流体力学”断案。断案。汽车的形状进化汽车的形状进化 ；1 1高尔夫球：表面光滑还是粗糙？高尔夫球：表面光滑还是粗糙？高尔夫球运动起源于高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰，当时人们认世纪的苏格兰，当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此用皮革制球。为表面光滑的球飞行阻力小，因此用皮革制球。最早的高尔夫球（皮革已

8、龟裂最早的高尔夫球（皮革已龟裂)后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远，这个谜后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远，这个谜直到直到2020世纪建立流体力学边界层理论后才解开。世纪建立流体力学边界层理论后才解开。(请注意球表面)现在的高尔夫球表面有很多窝坑，在同样大小和重量下，现在的高尔夫球表面有很多窝坑，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的飞行距离为光滑球的5 5倍。倍。2 2汽车阻力：来自前部还是后部？汽车阻力：来自前部还是后部？汽汽车车发发明明于于1919世世纪纪末末，当当时时人人们们认认为为汽汽车车的的阻阻力力主主要要来来自自前前部部对对空空气气的的撞撞击击，因因此此早早期期的的

9、汽汽车车后后部部是是陡陡峭峭的，称为箱型车，阻力系数（的，称为箱型车，阻力系数（C CD D）很大，约为）很大，约为0.80.8。实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。20世纪5060年代改进为船型，阻力系数为0.45。80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3，以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5。目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学

10、性能和更低的耗油率。3 3足球的香蕉球现象足球的香蕉球现象 足球的香蕉球现象可帮助理解环量理论。足球的香蕉球现象可帮助理解环量理论。旋旋转转的的球球带带动动空空气气形形成成环环流流，一一侧侧气气体体加加速速，另另一一侧侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。4 4机翼升力：来自下部还是上部？机翼升力：来自下部还是上部？人人们们的的直直观观印印象象是是空空气气从从下下面面冲冲击击着着鸟鸟的的翅翅膀膀，把把鸟鸟托在空中。托在空中。1919世世纪纪初初建建立立的的流流体体力力学学环环量量理理论论彻彻底底改改变变了了人人们们的的传统观念。传统观

11、念。机机翼翼的的特特殊殊形形状状使使它它不不用用旋旋转转就就能能产产生生环环量量，上上部部流流速速加加快快形形成成吸吸力力，下下部部流流速速减减慢慢形形成成压压力力，两两者者合合成成形形成成升力。升力。当平行于翼弦方向的气流（在此将其视为不可压流）流经机翼时，由于机翼的阻碍导致流管截面变小，而导致机翼上下表面的空气流速均增加。但由于机翼上表面的弯度大于下表面弯度，根据伯努利定律可知上表面气流的流速整体上要高于下表面气流速度，也就是说气流作用在机翼上表面的静压整体上小于作用在下表面上的静压。由于上下表面压差的存在，使得机翼最终受到向上的合力，亦即升力。5、风案、船案、风案、船案-“流体力学流体力

12、学”断案。断案。事情发生在事情发生在1982年的美国纽约。一位叫玛莎的女经济学家年的美国纽约。一位叫玛莎的女经济学家刚从一座高楼的大门走出，就被突然而来的一阵狂风吹倒而摔伤刚从一座高楼的大门走出，就被突然而来的一阵狂风吹倒而摔伤了肩膀。一气之下，她向纽约市法院提出诉讼，状告这座大楼的了肩膀。一气之下，她向纽约市法院提出诉讼，状告这座大楼的建筑承包商和业主。大多数人以为玛莎的这一举动是无理取闹，建筑承包商和业主。大多数人以为玛莎的这一举动是无理取闹，肯定要被法院驳回。肯定要被法院驳回。谁知流体力学帮了这位经济学家的忙，玛莎谁知流体力学帮了这位经济学家的忙，玛莎最终获得了胜利，这便是著名的最终获得

13、了胜利，这便是著名的“风案风案”。历史上还发生过三起著名的历史上还发生过三起著名的“船案船案”。不幸的是三位无辜的。不幸的是三位无辜的船长均被错误地判了重刑。一次是在本世纪初，法国舰队在地中船长均被错误地判了重刑。一次是在本世纪初，法国舰队在地中海演习时，排水量为海演习时，排水量为11395吨的吨的“勃林奴斯勃林奴斯”号装甲旗舰用旗语召呼号装甲旗舰用旗语召呼一艘驱逐舰前来。当这艘驱逐舰高速开来在接近一艘驱逐舰前来。当这艘驱逐舰高速开来在接近“勃林奴斯勃林奴斯”号右号右侧不远的地方，突然改变方向，一个急转弯撞在装甲旗舰的船头侧不远的地方，突然改变方向，一个急转弯撞在装甲旗舰的船头上，前者当即被后

14、者劈成两半而沉没了。上，前者当即被后者劈成两半而沉没了。另一次发生于另一次发生于1942年年10月。一艘排水量为月。一艘排水量为81000吨，长吨，长314米米的的“玛丽皇后玛丽皇后”号运兵船，满载着号运兵船，满载着15000名美国兵，由巡洋舰名美国兵，由巡洋舰“寇拉寇拉沙阿沙阿”号和另外号和另外6艘驱逐舰护航。在它们并列航行中，艘驱逐舰护航。在它们并列航行中，“寇拉沙阿寇拉沙阿”号突然急转弯，与运兵船的船头相撞，号突然急转弯，与运兵船的船头相撞，“寇拉沙阿寇拉沙阿”号被劈为两半。号被劈为两半。5、风案、船案、风案、船案-“流体力学流体力学”断案。断案。第三次撞船事故发生在第三次撞船事故发生在

15、1912年秋天。当时世界上最大的邮年秋天。当时世界上最大的邮轮轮“奥林匹克奥林匹克”号，在大海航行中与一艘比它小得多的铁甲巡洋号，在大海航行中与一艘比它小得多的铁甲巡洋舰舰“哈克哈克”号平行地疾驶着。突然，小船似乎号平行地疾驶着。突然，小船似乎“服从着一种不可服从着一种不可见的力量见的力量”，竟扭转船头对准大船冲来，结果与邮轮的右舷相撞，竟扭转船头对准大船冲来，结果与邮轮的右舷相撞，两条船都受了重伤。与另两起海上事故一样，这起两条船都受了重伤。与另两起海上事故一样，这起“撞船官司撞船官司”也是由当时的海事法庭审理。法院的判决书说，也是由当时的海事法庭审理。法院的判决书说，“奥林匹克奥林匹克”号

16、号的船长犯了严重过失，因为他没有向其部下发布任何命令，给横的船长犯了严重过失，因为他没有向其部下发布任何命令，给横冲过来的冲过来的“哈克哈克”号让路。号让路。按照流体力学的观点，这样的判决纯属无理。当然，我们也按照流体力学的观点，这样的判决纯属无理。当然，我们也不能责怪法官，因为在当时，船在大海里平行前进会发生互相吸不能责怪法官，因为在当时，船在大海里平行前进会发生互相吸引而产生碰撞事故，尚未引起科学家的重视。引而产生碰撞事故，尚未引起科学家的重视。五、流体力学的研究方法五、流体力学的研究方法1.1.理论方法理论方法 理论分析的一般过程是：建立力学模型，用物理学基本定律推导流体力学数学方程，用数学方法求解方程，检验和解释求解结果。理论分析结果能揭示流动的内在规律，具有普遍适用性，但分析范围有限。理论基础：1、质量守恒原理 2、能量守恒原理 3、动量定理4、牛顿三大定律2.2.实验方法实验方法 实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立模拟实验系统，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析实验数据。典型的流体力学实验有：风洞实验、水洞实验、水池实验等。测量技术有：热线、激光测速；粒子图像