【正文】 位 頭 ， 單位重量流體所具有的 位能 。進(jìn)行能量衡算必須選擇，水平基準(zhǔn)面一般選擇 地面、樓面或設(shè)備基礎(chǔ)、管子和設(shè)備中心 ， 截面至基準(zhǔn)面的垂直距離必須是可知 。當(dāng)輸水量為 36m3/h時(shí)，進(jìn)水管道全部阻力損失為 ，出水管道全部阻力損失為 ，壓力表讀數(shù)為 105Pa，泵的效率為 70%，水的密度 ?為 1000kg/m3，試求：（ 1）兩槽液面的高度差 H為多少？（ 2）泵所需的實(shí)際功率為多少 kW ？ 間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得：1/12/2已知量： Z1=H2=5m2/0/02其中 Z0=H0=0， Z2=H=動(dòng)量守恒 有興趣的同學(xué)自學(xué)，一般了解。 (3)本節(jié)的目的 是了解流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以便為阻力損失計(jì)算打下基礎(chǔ)。流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Flow)流體質(zhì)點(diǎn)作 直線運(yùn)動(dòng) ，即流體 分層流動(dòng) ，層次分明，彼此 互不混雜 ， 質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向混合 。質(zhì)點(diǎn)的 脈動(dòng)是湍流運(yùn)動(dòng)的最基本特點(diǎn)。流動(dòng)的型態(tài)雷諾準(zhǔn)數(shù)的因次 Re準(zhǔn)數(shù)是一個(gè) 無(wú)因次數(shù)群 。4000，一般都出現(xiàn)湍流，此為湍流區(qū)注意 ：Re為判據(jù)將流動(dòng)劃分為三區(qū)，但是只有兩種流型，即 層流和湍流 。在一般工程計(jì)算中， 返回如果在流速均勻的流體中放置一個(gè)固體（平板、球體或圓柱體），流體將發(fā)生怎樣的運(yùn)動(dòng)？一、邊界層 (Boundary邊界層的形成⑴ 流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層 注意：層流邊界層和層流內(nèi)層的區(qū)別層流邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層邊界層界限u0u0u0xy層流邊界層：邊界層內(nèi)的流動(dòng)類型為 層流湍流邊界層：邊界層內(nèi)的流動(dòng)類型為 湍流層流內(nèi)層：邊界層 內(nèi)近壁面處一薄層 ，無(wú)論邊界層內(nèi)的流型為層流或湍流，其流動(dòng)類型均為 層流邊界層及邊界層脫體三、邊界層的分離現(xiàn)象返回為正，加負(fù)號(hào)。不是物性，其值與 Re及流體質(zhì)點(diǎn)位置有關(guān)，故湍流時(shí)速度分布不能像層流一樣通過(guò)流體柱受力分析從理論上導(dǎo)出，只能將試驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)驗(yàn)式表示：n與 Re有關(guān)，在不同 Re范圍內(nèi)取不同的值： 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述問(wèn)題：層流與湍流的不同點(diǎn)？流 ： Re≤2023必為層流， 本節(jié)重點(diǎn) 數(shù)學(xué)分析法、數(shù)學(xué)模型法、實(shí)驗(yàn)研究法例：圓管內(nèi)層流流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述 —— 數(shù)學(xué)分析法兩類方程 ：衡算方程 — 力平衡方程直管阻力損失的計(jì)算式局部阻力 hf/:管件（彎頭、三通、閥門等）對(duì)流體流動(dòng)具有的一定阻力 ，主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件及截面的 突然擴(kuò)大或縮小 等局部地方所引起的阻力。如右圖，在截面 11和 22列柏努利方程可得：一個(gè)完整物理量＝數(shù)值 單位，如，因次分析法將物理量因次（單位）抽出分析（不考慮數(shù)值部分），將影響過(guò)程的物理量組合成幾個(gè)無(wú)因次的數(shù)群（準(zhǔn)數(shù)），數(shù)群的數(shù)目將少于自變量的數(shù)目，試驗(yàn)工作量減少，但數(shù)群前的系數(shù)及各數(shù)群的指數(shù)因次分析法無(wú)法確定。③ 將函數(shù)式表示成相關(guān)物理量的因次式；任何物理方程必可能轉(zhuǎn)化為無(wú)因次形式，即以無(wú)因次數(shù)群的關(guān)系式代替原物理方程， 無(wú)因次數(shù)群的個(gè)數(shù) 等于原方程的變量數(shù)減去基本因次數(shù)，即： N=nm因次分析變量無(wú)因次化⑴ 選擇基本變量② 包含基本因次（ M、 L、 T）影響層流：粗糙度 則 即可求。局部阻力的損失 局部阻力的損失討論：由小截面突然變成很大截面，圖右 1所示，其 21由大截面突然變成很小截面，圖右 2所示，其選擇外側(cè)面，右圖所示，其選擇內(nèi)側(cè)面，右圖所示，其局部阻力損失計(jì)算 100mmle如圖所示，將敞口高位槽中密度 861kg/m粘度 ?103Pa?s的溶液送入某一設(shè)備 B中。局部阻力的損失把以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程可得：返回掌握不同結(jié)構(gòu)管路（簡(jiǎn)單管路，并聯(lián)管路及分支管路）的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)型和操作型管路計(jì)算方法和步驟，以達(dá)到合理確定流量、管徑和能量之間的關(guān)系。重點(diǎn)為不同結(jié)構(gòu)管路的特點(diǎn)，如簡(jiǎn)單管路能量損失具有加和性；并聯(lián)管路中各支管中的壓強(qiáng)降（或能量損失）相等；分支管路中單位質(zhì)量流體流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能和沿程能量損失之和相等，并且在數(shù)值上等于在分叉點(diǎn)每 kg流體具有的總機(jī)械能。簡(jiǎn)單管路是指有分支或匯合的單一管路。一是管徑不變的單一管路；下面分別介紹。(1)操作型問(wèn)題：已知輸入和管徑系統(tǒng)，求解或測(cè)試管路系統(tǒng)的輸送能力。管路計(jì)算③ 設(shè)計(jì)型特點(diǎn)：選擇或優(yōu)化（見(jiàn)圖）費(fèi)用u設(shè)備費(fèi)總費(fèi)用操作費(fèi)u最佳例 ： 鋼管總長(zhǎng)為 100m， 20℃ 的水在其中的流率為 27m3/無(wú)法計(jì)算 根據(jù)題給條件，有管路計(jì)算m3，粘度為 假設(shè)是湍流。本題輸送水，題目沒(méi)有給出水壓值，故認(rèn)為水壓不會(huì)太高，根據(jù)教材提供的有縫鋼管，選用 是湍流流速和流量的測(cè)定小區(qū)供水演示 返回本章思考題某一液體壓差計(jì)中有一節(jié)空氣柱，是否可使用連續(xù)性方程和靜力學(xué)方程。(2)必須保證畢托管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向(3)畢托管直徑應(yīng)小于管徑的 1/50。結(jié)果如下表所示已知參數(shù)選擇 參數(shù)待求參數(shù)特點(diǎn)給 定管路給 定 輸 送任 務(wù)參數(shù)選擇或優(yōu)化 試差求解設(shè)計(jì)合理管路核算輸送能力或某項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)管路計(jì)算三、管路的計(jì)算簡(jiǎn)單管路的計(jì)算管路計(jì)算的二種典型命題比 較項(xiàng) 目 設(shè)計(jì) 型 操作型目的 計(jì) 在簡(jiǎn)單管路計(jì)算中，實(shí)際是 連續(xù)性方程，機(jī)械能衡算式和阻力損失計(jì)算式的具體運(yùn)用 。三是循環(huán)管路?？蓧嚎s流體的管路計(jì)算（略）返回局部阻力的損失查圖下一頁(yè)局部阻力的損失阻力損失的計(jì)算例 13=22m100mm下面來(lái)學(xué)習(xí)一下。（共線圖的用法）。圖 1要進(jìn)行修正。在求阻力損失中的 要求 ： ① 個(gè)數(shù) =基本因次數(shù)因次分析的基礎(chǔ) ： 因次一致性 （物理方程兩邊數(shù)值相等，因次相等）例如：層流時(shí)的阻力損失 可變?yōu)椋阂虼畏治龌驹恚?π定理 ⑥ 列出特征數(shù)群方程。⑤ 兩種阻力損失對(duì)于層流，通過(guò)過(guò)程本征方程（牛頓粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流動(dòng)阻力；而對(duì)于湍流，需借助因次分析方法來(lái)規(guī)劃試驗(yàn)，采用實(shí)驗(yàn)研究方法。(1)流體在管路中的流動(dòng)阻力的計(jì)算問(wèn)題。解決流體在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流動(dòng)阻力 Σhf的計(jì)算問(wèn)題。u＝ 壁面處 uw=0,管中心 u=umax可解析 不可解析 方 Re數(shù)愈大，近壁區(qū)以外的速度分布愈均勻。圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述五、圓管內(nèi)湍流時(shí)的速度分布 湍流 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述由以上推導(dǎo)可知， 剪應(yīng)力分布與流動(dòng)截面的幾何形狀有關(guān)，與流體種類、層流或湍流無(wú)關(guān)，即對(duì)層流和湍流皆適用。湍流時(shí)，動(dòng)量傳遞不僅起因于分子運(yùn)動(dòng)，且來(lái)源于流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng) ，故不服從牛頓粘性定律，如仍希望用其形式，則：—— 湍流粘度 ， 無(wú)法試驗(yàn)測(cè)定或理論計(jì)算湍流的基本特征二、湍流粘度層流時(shí)式中的動(dòng)量傳遞4000，有時(shí)出現(xiàn)層流，有時(shí)出現(xiàn)湍流，依賴于環(huán)境，此為過(guò)渡區(qū) 定義雷諾數(shù) Re所以，其 物理意義 是：慣性力與粘性力的比值。number)影響流動(dòng)狀況因素and1883年，著名的雷諾 (Reynolds)實(shí)驗(yàn)提示了流動(dòng)的兩種型態(tài)。(2)流體流動(dòng)的阻力： u小， hf與 u成正比； u大， hf與u的 ~2次方成正比。(2) 機(jī)械能守恒小結(jié)：不可壓縮、理想流體、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能守恒 (柏努利方程式 )為與高位槽液面 22180。機(jī)械能守恒把已知量代入上式可得： 在壓力表所在截面 11180。機(jī)械能守恒在流程圖或流程示意圖上選擇 衡算范圍，應(yīng)包含待求參數(shù)，弄清流動(dòng)方向 。μ0所以：理想流體的柏努利方程式為：⑴ 理想流體管截面流速分布均勻，各點(diǎn)的動(dòng)能相等。流體微元在流動(dòng)過(guò)程中與其它微元之間 未發(fā)生機(jī)械能交換量 (2)能量衡算法 柏努利方程式的推導(dǎo)方法一般有兩種 (1)理論解析法 柏努利方程式是流體流動(dòng)中機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化原理的體現(xiàn)。u形管壓差計(jì)中的應(yīng)用 — 壓力的測(cè)定返回 問(wèn)題 ：粘性流體，圓管內(nèi)同一截面上各點(diǎn)流速不同，怎么樣求平均流速？流體流動(dòng)中的守恒定理流體流動(dòng)中的守恒定理本節(jié)將解決以下問(wèn)題：研究的內(nèi)容是什么？采用什么研究方法？得到什么結(jié)論？工程上有什么用途？返回 方程式子 — 牢記 靈活應(yīng)用 高位槽安裝高度 ? 物理意義 — 明 確 解決問(wèn)題 輸送設(shè)備的功率 ? 適用條件 — 注 意例如煤氣柜通常用水來(lái)封住，以防止煤氣泄漏。單管壓力計(jì)只能用來(lái)測(cè)量 高于大氣壓的液體壓力，不能測(cè)氣體壓力 。式中 Pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮骸Ｐ凸軌翰钣?jì)、微差壓差計(jì)。測(cè)量壓強(qiáng)的儀表很多，現(xiàn)僅介紹以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)的測(cè)壓儀器 液柱壓差計(jì) 。表壓強(qiáng) 三、壓強(qiáng)的基準(zhǔn)但必須注明是何種液體 因此，位置越高的流體，其位能越大，而靜壓能則越小。靜壓強(qiáng)在空間的分布與 x方向相同的力取 “＋ ”號(hào)，相反取 “－ ”號(hào)。如下圖所示，作用于立方體流體微元上的力有兩種，即表面力和體積力。壓強(qiáng)的表示方法但熱和內(nèi)能在流體流動(dòng)過(guò)程不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而用于流體輸送。單位質(zhì)量流體所具有的位能 gz服從牛頓粘性定律的流體稱為 牛頓