【正文】 示 。 ? ? Rh A??? ??第 1章 流體流動 19 1． 流量 單位時間內流過管道任一截面的流體數(shù)量稱為流量 。如圖 14為測量管道某截面上的靜壓強的示意圖 ，（ a） 測量的是流體的壓強大于大氣壓時的情況 。 由此引申出壓強的大小也可用一定高度的液柱表示 ， 這是前面介紹的壓強可以用 mmHg、 mmH2O等單位來計量的依據(jù) 。在本章中所提到的壓強，如未加說明均指絕對壓強。, —— 氣體混合物中各純態(tài)組分的密度 ， kg/m3。 第 1章 流體流動 3 1．流體的密度 （ 1）密度的定義 單位體積的流體具有的質量稱為流體的密度。 ? 流體力學廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各個部門。, an—— 氣體混合物中各組分的體積分率； , , 用各種測壓儀表測得的流體壓強都是表壓強或真空度 。 ② 若 z1=z2， 則有 p1= p2。 hgpp 0 ???第 1章 流體流動 14 2．流體靜力學基本方程式的應用 （ 1） 壓強差與壓強的測量 U型管壓差計是流體壓強測量儀表中最簡單的一種 ， 它是一根如圖 13所示的 U型玻璃管 ， 內裝有指示液 A，它與被測流體 B不能互溶也不能發(fā)生化學作用 ， 其密度 ρA大于被測流體的密度 ρB。 圖 15 壓差法測量液位 第 1章 流體流動 18 在容器或設備的外面連接一個稱為平衡器的小室 ， 其內裝入與容器內相同的液體 ， 讓平衡器內液體液面的高度維持在容器液面所能達到的最大高度處 。用 ws表示 ， 單位 kg/s。 常用 G表示 ， 單位 kg/m2 圖 16（ a） 中水箱在不斷充水的同時 ， 通過溢流使水位保持不變 ， 任取兩個不同的截面 1139。 圖 17連續(xù)性的分析 流體穩(wěn)定流動時的物料衡算 —— 連續(xù)性方程 第 1章 流體流動 25 截面積為 A1的截面上流體的密度為 ρ 流速為 u1 ， 截面積為 A2的截面上流體的密度為 ρ2 、 流速為 u2。 (2)動能 流動著的流體因為有速度所具有的能量 ， 其值等于流體從靜止狀態(tài)加速到流速為 u所做的功 ， 1kg流體所具有的動能為 u2 /2 ， 其單位為 N 用符號We表示 ， 其單位為 J/kg。截面流出，其能量衡算式為： (J/kg) （ 123） 式（ 123）稱為柏努利方程。 單位時間內輸送機械所作的有效功稱為有效功率 。內摩擦力是流體粘性的表現(xiàn)，所以又稱為粘滯力或粘性摩擦力。 SyuF ??? ?yuSF???? ??第 1章 流體流動 41 式 （ 133） 或式 （ 134） 只適用于 u與 y成直線關系的場合 ， 當流體在管內流動時的速度分布如圖 111所示的曲線關系時 ， 則式 （ 134） 應改寫成： （ 135） 式中 稱為速度梯度 ， 即與流動方向垂直的 y方向上流體速度的變化率 。s/m2， 它們之間的換算關系見本書附錄一 。 21in1ii21iin1iimMyMy???????第 1章 流體流動 46 圖中采用溢流裝置維持水箱內液面穩(wěn)定 ， 水箱3中的水通過水平玻璃管 4流出 ， 有色液體由小水箱1通過細管 2注入水平玻璃管 4入口的軸線上 。 ??? dudu ??Re第 1章 流體流動 49 無因次數(shù)群 Re稱為雷諾準數(shù)或簡稱雷諾數(shù) ， 它的數(shù)值不論采用哪種單位制 ， 計算的結果都相同 。 流體在圓管中的速度分布 maxu21u ?第 1章 流體流動 52 圖 114 圓管內速度的分布 第 1章 流體流動 53 2． 湍流時的速度分布 湍流時流體質點的運動情況比較復雜 ， 目前尚不能完全由理論推出速度分布的規(guī)律 ， 實驗測得的湍流速度分布曲線如圖 114(b)所示 。 流體在管道內流動時的總阻力 ∑hf=hf+hf’。 )J / kg(2 2udlh f ??? ?)Pa(2 2udlhp ff ??? ?????第 1章 流體流動 56 摩擦系數(shù) λ的計算公式很多 ， 但都比較復雜 ， 用起來很不方便 。 這時 ， 摩擦系數(shù) λ的值只隨相對粗糙度 而變 ， 與雷諾數(shù) Re的大小無關 。 其計算式為 239。 第 1章 流體流動 63 ② 進口與出口 進口是指流體從設備進入管道 。常見管件與閥門的局部阻力系數(shù)可以從表 14中查到 。 水塔內水面保持恒定 ， 并高于出水口15m。 測速管測得的是流體在測速管放置位置上的局部流速 ， 而不能測得平均流 速 。因此可以利用測量壓強差的方法來測量流體的流量 。 第 1章 流體流動 79 返回目錄 。 文丘里流量計測量流量的原理與孔板流量計相同 。孔板稱為節(jié)流元件 。 例題 120附圖 第 1章 流體流動 69 其中 z1=15m z2=0 u1=0 u2 未知 p1=p2=pa 解：取塔內水面為截面 1— 1’，管道出口截面為 2— 2’，以 2— 2’截面為基準，列柏努利方程 而 ??????? fhpugzpugz ?? 22221211 222)190(2222 uudLhjf ???????? ?? ?? ???2 ?? ?u)()(Re , 2udf ??? ?? 將以上各值代入式（ 1）中，經(jīng)整理得 （ 3） （ 2） 式中含有兩個未知數(shù) λ和 u2。 其通式為 （ 153） （ 154） 或 第 1章 流體流動 67 管路計算和流量的測量 管路計算 在實際工作中常遇到的簡單管路計算問題 ， 歸納起來有以下三種情況： （ 1） 已知管徑 、 管長 、 管件和閥門的設置及流體的輸送量 ，求流體通過管路系統(tǒng)的能量損失 。 流體由設備流入管內 ， 實質上是截面突然縮小 ， 一般設備截面積比管道截面積大得多 ， 故 A2/A1≈0， 由圖 118查得ξi=， 這種損失稱為進口損失 ， 相應的阻力系數(shù)稱為進口阻力系數(shù) 。 一般由實驗測得 ， 可通過手冊及有關資料查到 。 流體流過的兩個截面間的長度一定時 ， 受到的阻力 hf與動能 成正比 ， 所以此區(qū)又稱為阻力平方區(qū) 。 圖 116是摩擦系 數(shù) λ與 （ Re, ) 的關系曲線 。 ∑hf’是指單位質量流體流動時的流體阻力 ， 單位為 J/kg； Hf=∑hf/g是指單位重量流體流動時的流體阻力 ， 單位為J/N=m； Δpf=ρ∑hf是指單位體積流體流動時的流體阻力 ， 單位為J/m3=Pa。 管道截面上平均流速與最大流速的關系為： （ 143） 實驗表明 ， 不論湍流程度如何 ， 由于流體的粘性和管壁的摩擦作用在緊貼管壁附近總有一層流體保持層流運動狀態(tài) ，這一薄層流體稱為層流內層 。 因此依據(jù)雷諾數(shù)的大小可以判斷流體流動的類型 。 第 1章 流體流動 47 雷諾在實驗中觀察到下列現(xiàn)象： ① 雷諾稱圖 113(a)所示這種流動狀態(tài)為滯流或層流 。以 υ表示，即 （ 137） 在國際單位制和工程單位制中的單位均為米 2/秒，物理單位制單位為 厘米 2/秒稱為沲。凡是服從牛頓粘性定律的流體均稱為牛頓型流體 ， 所有的氣體和大多數(shù)液體都屬于牛頓型流體 。 第 1章 流體流動 38 （ 1） 牛頓粘性定律 設想在兩塊面積很大 、 相距很近的平板中間夾著某種液體 ， 如圖110所示 。 或 （ 130） 其單位為 J/s或 W。 柏努利方程可以有多種表示方法，式（ 123）是以單位質量流體為衡算基準的一種形式，若以單位體積流體為衡算基準，將式 (123)各項乘以流體的密度，得到