流体动力学.docx

1、流体动力学第2节 流体动力学知识梳理流体的动力学要研究的内容是：_、_、_。一、流量和流速1.流量，定义是_，有两种表示方法，分别是_、_。（1）体积流量，定义是_，用符号_表示，单位是_、_、_、_，计算公式为_，因气体的体积随_和_而变化，故气体的体积流量应标注_和_。（2）质量流量，定义是_，用符号_表示，单位是_、_、_、_，计算公式为_，质量流量和体积流量的关系为：_。2.流速，定义是_，用符号_表示，单位是_。（1）平均流速，流体流经管道截面上各点的流速是不同的，中心处流速_，越靠近管壁，流速_，在管壁处流速为_。平均流速定义为_。平均流速简称流速，流速与流量的关系为_、_、_。由

2、此可知，流量一定时，流速与管道截面积成_。（2）质量流速，定义是_，用符号_表示，质量流速的物理意义是_，单位是_。气体在等截面的管道中流动时，如质量流量不变，则质量流速也_。但气体的密度随着温度和压强而变化，所以流速是变化的，因此质量流速常用于气体流速的计算。3.管道直径的估算，一般管道截面都是圆形的，若d为管子的内径，则截面积为S=_，所以u=_或者d=_。当流量为定值时，流速越大，则管径越_。最适宜的流速，使_和_的总和最小。某些流体的适宜流速范围见课本P23页表格。2、稳定流动和不稳定流动1.稳定流动，定义为_。2.不稳定流动，定义为_。本章只讨论稳定流动。3、稳定流动的连续性连续性方

3、程式按照质量守恒的原则，入口截面1-1处的质量流量必等于出口处2-2处的质量流量，即_，该式称为稳定流动连续性方程式。又qm1=_，qm2=_，可得到_，当流体为液体时，密度相等，上式可简化为_、_。对于圆形截面的管子，又可简化为_。例题 水连续由粗管流入细管作稳定流动，粗管的内径为60mm，细管的内径为30mm。水在细管中流速为3m/s，求水在粗管中的流速。4、伯努利方程式1.流体在等温等容流动时，只有_、_、_等形式的机械能发生变化。（1）位能，定义是_，位能等于_，计算流体的位能大小，必须选定一个_，从而计算它的位能，位能=_，单位质量流体位能E位=_，1N流体的位能，称为位压头，位压头

4、=_。（2）动能，定义是_，动能=_，单位质量流体的动能E动=_=_，1N流体的动能称为动压头，动压头=_=_。（3）静压能，定义是_，静压能的大小等于_。静压能=_，单位质量流体的静压能E压=_=_，1N流体的静压能，称为_，_=_=_。例题 分别计算100KPa和277K的水，100KPa和密度1.2kg/m3的空气的单位质量的静压能和静压头。（4）流动流体的总机械能，1kg流动流体的总机械能为：_。1N流动流体的总压头为：总压头=_。（5）外加能量，外加功定义是_，符号为_，单位为_，以符号_表示外加压头，单位为_。（6）损失能量，定义是_，1Kg流体损失能量用符号_表示，单位为_，用符

5、号_表示损失压头，其单位为_。2.伯努利方程式1、1Kg流体为衡算标准，根据能量守恒原则可知，表达式为_。1N流体为衡算标准，根据能量守恒原则可知，表达式为_。说明：a,流动的流体各种机械能的形式可以相互转化，若没有外加能量和损失能量，任一截面上，各种机械能总和或总压头为常数。b,若无外加能量，有损失能量，则上游截面总机械能一定_下游截面总机械能，换句话说，_。c,若流体是静止的，及_=_=_，并且_=_，_=_，此时伯努利方程变为_，该式说明伯努利方程不仅说明流体流动的规律，还说明静止流体的规律。d,有效功率Pe=_=_。应用伯努利方程式要注意以下三点：一是首先确定管路的上游截面1-1和下游

6、截面2-2，以明确管路讨论的范围，两截面与流体流动方向_，并且流体在截面间是连续的；二是_；三是流体压强可以都用_或都用_，但要一致，截面很大时（如_），流速认为是_。跟踪练习1、选择题1.直径为57mm3.5mm的细管逐渐扩大到108mm4mm的细管，若流体在细管内的流速为4m/s，则在粗管内的流速为A2m/s B.1m/s C. 0.5m/s D. 0.25m/s2. 已知物体质量为5kg，运动速度3m/s 则其动能为A15J B22.5J C45J D37.5J3单位质量流体在管中的阻力损失为hf，单位重量流体在同一管路中的阻力损失为Hf，则二者关系为Hf=hf Hf=hf/g Hf=

7、ghf hf =Hf /g4当气体在一管径不变的管道中流动时，若出入口温度不同，则在出口与入口间的稳定流动的连续性方程表达式应为 （ ） Au1s1= u2s2 Bu11 = u22 Cs11 = s22 Du1s11 = u2s225单位质量流体在管中的能量损失为hf，1m3流体在同一管路中的能量损失为pf，则二者关系为 （ ）Apf =hf B hf =pfCpf =hf / D hf =pf /6某塔高30m，进行水压实验时，离塔底10m高除压力表读数为500kpa，塔外大气压为100kpa，塔顶处水的绝对压力为 （）A303.8 kpa B403.8kpa C. 769.2kpa D6

8、96.2kpa 7密度与比体积的关系是成正比 成反比 二次方成正比 二次方成反比8. 某设备处的表压为52 kPa，处的真空度为30 kPa，当时的大气压为100 kPa，则该设备.处绝对压强分别为52 kPa 和30 kPa 152 kPa 和130 kPa 152 kPa 和70 kPa 48 kPa 和70 kPa9、水在管道中稳定流动时，若管径增大一倍，则流速变为原来的A2倍 B.1/2 C.4倍 D.1/410. 外加功We与外加压头He的关系是A、We = He/g B、We = He C、We =u He D、He = We/g11单位时间内流体在流动方向上所流过的（ ）称为流速

9、。 A 宽度；B 高度；C 距离；D 直线。 12柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体所具有的位能。 A gz；B ；C ；D we。 13柏努利方程式中的 项表示单位质量流体所具有的（ ）。 A 位能；B 动能；C 静压能；D 有效功。 14柏努利方程式中的（ ）项表示单位质量流体所具有的静压能。 A gz；B ；C ；D we。2、计算题1、水连续由粗管流入细管做稳定流动，粗管内径为80mm,细管内径为40mm,水在细管中流速为6m/s,则水在粗管中流速？2.有密度为的液体，在内径为80mm的管中输送到某处。若其流速为，试求该液体的体积流量、质量流量与质量流速。3.如习题3附图所示，有

10、一高位槽输水系统，管径为。已知水在管路中流动的机械能损失为 (u为管内流速)。试求水的流量为多少。欲使水的流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？4将293k、60%硫酸（密度为1500kg/m3）用泵从常压贮槽送入表压为200kPa的设备中，所用管子内径为50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m，损失压头为20.6m酸柱，酸流量为3.5kg/s。（1）求泵的有效功率？（2）若泵的总效率为65%，求泵的轴功率？解析：2解：取常压贮槽中硫酸液面为1-1截面，硫酸流入设备处截面为2-2截面，并以1-1截面为基准水平面，在两截面间建立柏努利方程式（1分）Z1 + u12/2g + P1/

11、g + He = Z2+ u22/2g + P2/g + Hf（1分）已知Z1 =0 u1 = 0 P1 = 0（表压） =1500kg/m3 Z2=15m （1分）u2 = 3.5/(1500 0.7850.0502 )= 1.19m/s P2 = 200000Pa Hf =20.6m（1分）将已知值代入上式，得 He = 15 + 1.192/(29.81) + 200000/(1500 9.81) + 20.6 = 49.28m（2分）(1)泵的有效功率 Pe=qm He g = 3.5 49.28 9.81 = 1692W = 1.69kW(2)泵的轴功率 Pa= Pe/ =1.69/

12、0.65 = 2.60 kW5. 如图所示，用水吸收混合气体中的氨，水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出。管中水的流量为40m3/h，管子为893.5无缝钢管，池内水深2米，池底至管子与喷头连接处的垂直距离为20米，管路的总阻力损失为45J/,管子与喷头连接处的压强为120kPa(表压)。（1）求泵的有效功率（2）设泵的效率为68%，求泵的轴功率（g=9.81m/s2,水的相对密度取1）6在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。当流量为30 m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为

13、3.45kW。试计算泵的压头与效率。 7 常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760 kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为572mm，由液面到设备入口的升扬高度为5m，流量为15m3/h。釜内压力为148kPa（表压），管路的压头损失为5m（不包括出口阻力）。计算该泵的输入压头 8用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20 J/kg，流量为36 m3/h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000 kg/m3） 9.如附图所示，容器内贮有密度为的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器

14、底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。10.293K的水由水塔经内径为200mm的钢管流出，水塔内水面高于管出口25m,如损失压头为24.6m，求钢管中水的流速和流量。11.将293K60%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为200kPa的设备中，所用管子内径为50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m，损失压头为22.6m酸柱，酸流量为3kg/s。求泵的有效功率。12为测定贮罐中油品的贮存量，采用图1-8所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆筒形，其直径为1.6m，吹气管底部与贮罐底的距

15、离为0.3m，油品的密度为850 kg/m3。 若测得U形压差计读数R为150mmHg，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表示。13绝对压力为540kPa、温度为30的空气，在1084mm的钢管内流动，流量为1500m3/h（标准状况）。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。 14硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764mm和573.5mm。已知硫酸的密度为1831 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 15 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。