【正文】 工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機 流體動力學(xué)基礎(chǔ) 相似性原理和因次分析 流動阻力和能量損失 管路計算 特定流動分析 氣體動力學(xué)基礎(chǔ) 泵與風(fēng)機 流體動力學(xué)基礎(chǔ) ? 理想流體 —— 不考慮粘性（連續(xù)介質(zhì)、不可壓縮） ? 粘性流體 ? 動壓強 —— 運動流體中的點壓強 ? 描述流體運動是兩種方法： ? —— 對流體質(zhì)點進行分析研究，并將其質(zhì)點的運動情況匯總起來，從而得到整個流體的運動情況。（質(zhì)點法） ? t=0時，坐標 a、 b、 c作為該質(zhì)點的標志 ? x=x(a,b,c,t)， y=y(a,b,c,t) ， z=z(a,b,c,t) ? —— 以流動空間作為對象，觀察不同時刻各空間點上流體質(zhì)點的運動情況，并將其匯總，從而得到整個流體的運動情況。（空間法） ? ?zyx pppp ??? 31加速度 zuuyuuxuutuazuuyuuxuutuazuuyuuxuutuazzzyzxzzyzyyyxyyxzxyxxxx????????????????????????????????????當(dāng)?shù)丶铀俣? 遷移加速度 222zyx aaaa ???流體運動的基本概念 ? 恒定流與非恒定流 —— 在流場中，任意空間點上的所有運動參數(shù)都不隨時間變化的流動，稱為恒定流。當(dāng)?shù)丶铀俣葹榱恪? ? 均勻流與非均勻流 —— 在任意時刻，流體質(zhì)點的流速沿流動方向不隨空間位置變化（同一流線上的速度大小、方向均不變）的流動，稱為均勻流。遷移加速度為零。 流體運動的基本概念 ? 跡線 —— 流體質(zhì)點運動的軌跡線。（時段） ? 流線 —— 是一條瞬時曲線，曲線上每一點的切線方向為該點的流速方向。（時刻） ? 流線的性質(zhì)：一般情況下不能相交；不能為折線； ? 流管 —— 在流場中任意取一非流線的曲線，過曲線上各點作流線，所構(gòu)成的管狀曲面。充滿流體的流管稱為流束。 流體運動的基本概念 ? 過流斷面 —— 在流束上作與所有流線成正交的橫斷面。 ? 元流 —— 當(dāng)流管的過流斷面為無限小時的流束。 ? 總流 —— 由無數(shù)元流構(gòu)成，過流斷面為有限大小。 ? 流量 —— 單位時間通過某一過流斷面的流體量。 ? 斷面平均流速 —— 根據(jù)積分中值定理引入的過流斷面上的大小一致的速度。（假想速度） AQvvAud AQ ??? ? ,?? udAQ連續(xù)性方程 恒定總流的連續(xù)性方程 —— 速度與斷面之間的關(guān)系 2211 AvAv ?若為分叉管路 332211 AvAvAv ??恒定元流的能量方程 ? 恒定元流的能量方程（理想流體） ? 實際流體 gugpzgugpz2222222111 ????? ??whgugpzgugpz ???????2222222111 ??? 應(yīng)用 —— 流速儀 水（ ρ ） 水銀（ ρ ’） hgchgu ? ??? ?? ???? 39。239。2??2212pgup ??ρ ρ39。 hhgpzgpz )( 2211 ???????????? ????????急 變 流 急變流壓強的分布 沿慣性力方向，壓強增加、流速減小 FI 漸 變 流 ? 漸變流 —— 流線的彎曲程度很小，近似直線?；蛄骶€之間的夾角很小，近似平行線。 ? 漸變流性質(zhì)：過流斷面近似平面，過流斷面上的壓強分布與靜壓強分布規(guī)律相同，即 cgpz ?? ?恒定總流的能量方程的積分 ????? ??????????? ??????????? ?AwAAAAdQhdAugudAupzdAugudAupz ??????? 22222122211211111221122QpzudApzA???? ???????? ?????????? ??QgvudAguA??? 2222?? AvdAudAgvdAguAAA333322 ????????QhdQh wAw ?? ???~??確定三種類型的積分 勢能積分 動能積分 α為動能修正系數(shù)， 能量損失積分 恒定總流的能量方程 ? 能量方程 —— 速度與位置和壓強（主要是壓強）之間的關(guān)系 ? 適用條件：恒定流動、質(zhì)量力只有重力、不可壓縮流體、所取過流斷面為漸變流斷面、兩斷面間無分流和匯流。 whgvpzgvpz ??????222222221111????總流能量方程 物理意義和幾何意義 ? z：總流過流斷面上單位重量流體所具有的位能、位置高度（水頭） ? p/γ：總流過流斷面上單位重量流體所具有的壓能、測壓管高度（壓強水頭） ? V2/2g：總流過流斷面上單位重量流體所具有的平均動能、流速高度（水頭） ? hw：總流兩過流斷面之間單位重量流體機械能的損失、水頭損失。 總流的能量方程與 元流的能量方程區(qū)別 ?（ 1） z z2—— 總流過流斷面上同一流線上的兩個計算點相對于基準面的高程； ?（ 2） p p2—— 對應(yīng) z z2點的壓強（同為絕對壓強或同為相對壓強）； ?（ 3） v v2—— 斷面的平均流速 恒定總流能量方程在應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題 ? 過流斷面的選取 : 必須是漸變流斷面或均勻流斷面； ? 基準面的選取 : 原則上可任意，但必須選擇同一基準面，且 z≥0。 ? 計算點的選取 : 原則上可任意，但特殊點應(yīng)注意 ,如管道出口 。 ? 壓強的選取 : 可取絕對壓強，也可以取相對壓強，但必須統(tǒng)一 . 例 文丘里流量計 gvgpzgvgpz2222222111 ????? ??能量方程（忽略損失） 連續(xù)性方程 2221 AvAv ?? ? ???????? ?????????? ???gpzgpzgddv??22114211 211? ? ???????? ?????????? ????gpzgpzgdddAvQ??? 22114212111 214儀器常數(shù) K h?hKQ ?? ?μ—— 流量系數(shù)（ ~） 注意： 水（ ρ ） 水銀（ ρ ’） 氣（ ρ ） 液（ ρ ’） hh ?? ??? ?? 39。hK ??hh ???? 39。?水頭線 ?總水頭線 —— 是沿程各斷面總水頭 ?的連線，用水力坡度 J表示 ?測壓管水頭線 —— 是沿程各斷面測壓管水頭 ? 的連線，用水力坡度 Jp表示 gvpzH22?? ??? dldhdldHJ w??? ?pzHp ??dldHJ pP ??氣體流動：氣流容重與外部空氣的容重不同，且高差很大時，氣流的能量方程為 ? ? ? ? wa pvpzzgvp ??????? 22 22212211 ????p—— 靜壓（ 相對壓強） ρv2/2—— 動壓 (ρaρ)g(z2z1)—— 位壓 注意： z2z1—— 下游斷面高度減上游斷面高度（ 177。 ）； ρaρ—— 外界大氣密度減管內(nèi)氣體密度（ 177。 ） ； z2=z1或 ρa=ρ—— 位壓為零 相 似 性 原 理 lmpmpddll ??????mp ?? ?222lmpmpllAA ??? （ 1）幾何相似 —— 模型和原型的幾何形狀相似。原型中任何長度尺寸和模型中相對應(yīng)長度尺寸的比值處處相等，對應(yīng)角相等。 λl—— 長度比尺 333lmpmpllVV ???幾何相似只有一個長度比尺，幾何相似是力學(xué) 相似的前提 （ 2）運動相似 —— 模型和原型流場中的相應(yīng)點上存在的同名速度都成一定的比值，且方向相同。 vmpmpuuvv??????λv—— 速度比尺 時間比尺 vlmmppmpt vlvltt??? ???加速度比尺 lvtva ????? 2??運動相似只有一個速度比尺，運動相似是實驗 的目的 （ 3）動力相似模型和原型流場中的相應(yīng)點上存在的同名力都成一定的比值，且方向相同。即模型和原型的矢量圖相似。 FmpFF ?? λF—— 力的比尺 TGPF ???? ???達朗伯定理： 0????????IEPGT FFFFF動力相似 → 對應(yīng)點上的力的封閉多邊形相似 動力相似是運動相似的保證 （ 4）初始條件和邊界條件相似 —— 模型和原型流場中的初始條件和邊界條件滿足相似。 ? 恒定流 ,則初始條件不必考慮。 ? 邊界條件也可以歸趨于幾何和運動相似。 ? 幾何相似是前提，動力相似是主導(dǎo)，運動相似是具體表現(xiàn) 常選慣性力為特征力，將其它作用力與慣性力相比，組成一些準則，由這些準則得到的準則數(shù)（準數(shù)）在相似流動中應(yīng)該是相等的 （ 1）雷諾準則 —— 粘性力是主要的力 ImIPTmTPFFFF ?改成 TmImTPIPFFFF ?lvlvdydvAF T ???? ???22 vlmaF I ???mmmppp lvlv?? ?無量綱數(shù) ?