環(huán)境工程原理第三章1-2節(jié)(已修改)
2025-02-01 08:40 本頁(yè)面
【正文】 第三章 流體流動(dòng) 流體是氣體與液體的總稱(chēng) ， 流體流動(dòng)是環(huán)境工程中最普遍的單元操作之一 。 研究流體流動(dòng)是分析系統(tǒng)質(zhì)量和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的重要基礎(chǔ) 。 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 流體靜力學(xué)方程 第二節(jié) 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的衡算方程 第三節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力 第四節(jié) 邊界層理論 第五節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失 第六節(jié) 管路計(jì)算 第七節(jié) 流體測(cè)量 第三章 流體流動(dòng) 第一節(jié) 流體靜力學(xué)方程 一 、 流體的性質(zhì) 1． 不能承受拉力 ， 具有流動(dòng)性； 3． 受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 。 2． 無(wú)固定形狀 ， 隨容器形狀而變化； 不可壓縮流體： 流體體積不隨 壓力 變化而變化 ， 一般 指液體； 可壓縮流體： 流體體積隨壓力變化而變化 ， 一般指 氣體； 物質(zhì)的宏觀性質(zhì)由物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和分子間作用力所決定 分子的熱運(yùn)動(dòng)和相互碰撞 給分子以動(dòng)能使之趨于飛散 分子間相互作用力的約束 以勢(shì)能的作用使之趨于團(tuán)聚 兩種力競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果決定了物質(zhì)的外在宏觀性質(zhì)。而這兩種力的大小與分子間距有很大關(guān)系。 約為 1 108 cm（ 分子尺度的量級(jí) ） ， 分子間相互作用勢(shì)能出現(xiàn)一個(gè)極值稱(chēng)為 “ 勢(shì)阱 ” ， 即分子結(jié)合能 ， 其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子平均動(dòng)能 。 分子力占主導(dǎo)地位 ， 分子呈固定排列 ， 分子熱運(yùn)動(dòng)僅表現(xiàn)為平衡位置附近的振蕩 。 有一定形狀且不易變形 。 液體：分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子間相互作用勢(shì)能的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)均力敵，分子間距比固體大 1/3左右。不可壓縮、易流動(dòng)。 氣體：分子間距約為 107cm（ 為分子尺度的10倍 ） 。 分子平均動(dòng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子間相互作用勢(shì)能 ， 分子近似作自由的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 。 易流動(dòng) 、 可壓縮 。 超臨界流體、等離子體 流體 固體 二 、 連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無(wú)數(shù)內(nèi)部緊密相連，彼此間沒(méi)有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。 所謂質(zhì)點(diǎn)是指由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但卻遠(yuǎn)大于分子自由程。這些質(zhì)點(diǎn)在流體內(nèi)部緊緊相連，彼此間沒(méi)有間隙，即流體充滿(mǎn)所占空間，為連續(xù)介質(zhì)。 當(dāng) 把流體看作是連續(xù)介質(zhì)后 ， 流體微團(tuán)連續(xù)布滿(mǎn)整個(gè)流體空間 ， 流體的物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)成為空間的連續(xù)函數(shù) ， 可以 引用連續(xù)函數(shù)的解析方法等數(shù)學(xué)工具來(lái)研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 。 該假定對(duì)絕大部分工程技術(shù)問(wèn)題都適用 。 但當(dāng)流動(dòng)體系的特征尺度與分子的平均自由程相當(dāng)時(shí) ，例如高真空稀薄氣體的流動(dòng) ， 連續(xù)介質(zhì)假定受到限制 ， 需要用分子動(dòng)力學(xué)理論的微觀方法來(lái)研究 。 本書(shū)只研究連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)規(guī)律 。 三、流體 的受力 場(chǎng)力：非接觸力，大小與流體的質(zhì)量成正比，例 如：重 力，離心力，電磁力等。 表面力：接觸力，大小與和流體接觸物體 (包括流 體本身 ) 的表面積成正比，例如：壓強(qiáng)和應(yīng)力。 處于重力場(chǎng)中的流體， 無(wú)論運(yùn)動(dòng)與否都受到力的作用，連續(xù)介質(zhì)的受力服從牛頓定律。 當(dāng)?shù)卮髿鈮航^壓表壓 ??絕壓當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩???（ 2） 壓力 (強(qiáng) )的兩種表征方法 （ 1） 壓強(qiáng)被視為外部作用力 （ 包括流體柱自身的重力 ） ， 在流體中傳播 ， 其方向始終與作用面相垂直；無(wú)論流體運(yùn)動(dòng)與否 ， 壓強(qiáng)始終存在 ， 靜止流體中的壓強(qiáng)稱(chēng)為靜壓強(qiáng) 。 在流體空間任一點(diǎn)處 ，各方向的靜壓強(qiáng)相等 。 壓力的大小常以?xún)煞N不同的基準(zhǔn)來(lái)表示： 一是絕對(duì)真空 ； 另一個(gè)是大氣壓力 ?；鶞?zhǔn)不同，表示方法也不同。以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱(chēng)為絕對(duì)壓力，是流體的真實(shí)壓力；以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱(chēng)為表壓或真空度。 真空度 = p0 － p 絕對(duì)壓強(qiáng) 表壓 = p－ p0 絕對(duì)壓強(qiáng) 絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓和真空度間的關(guān)系 絕對(duì)真空 p=0 大氣壓強(qiáng) p0 絕對(duì)壓強(qiáng) p p0 絕對(duì)壓強(qiáng) p p0 p 例：某水泵進(jìn)口管處真空表讀數(shù)為 650mmHg柱 ， 出 口管處壓力表讀數(shù)為 250Kpa， 當(dāng)?shù)卮髿鈮簽? 1atm， 試求水泵進(jìn)出口處的絕對(duì)壓力各為多少 ？ 解： 55 760 ??? －進(jìn)口絕對(duì)壓力＝35 ?? ＋出口絕對(duì)壓力＝四 、 流體靜力學(xué)基本方程 。 容器內(nèi)裝有密度為 ρ的液體 ， 在液體中取一截面積為 A的液柱
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1