流体力学基础知识

流体力学基础知识

第一节 流体的物理性质

一、流体的密度和重度

流体单位体积内所具有的质量称为密度，密度用字母ρ表示，单位为kg/m 3。流体单位体积内所具有的重量称为重度，重度用γ表示，单位为N/m 3，两者之间的关系为g ργ=，g 为重力加速度，通常g ＝9．806m/s 2

流体的密度和重度不仅随流体种类而异，而且与流体的温度和压力有关。因为当温度和压力不同时，流体的体积要发生变化，所以其密度和重度亦随之变化。对于液体来讲，密度和重度受压力和温度变化的影响不大，可近似认为它们是常数。对于气体来讲，压力和温度对密度和重度的影响就很大。

二、流体的粘滞性

流体粘滞性是指流体运动时，在流体的层间产生内摩擦力的一种性质。 所谓动力粘度系数是指流体单位接触面积上的内摩擦力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值，用μ来表示。

所谓运动粘度是指动力粘度μ与相应的流体密度ρ之比，用ν来表示。 运动粘度或动力粘度的大小与流体的种类有关，对于同一流体，其值又随温度而异。气体的粘性系数随温度升高而升高，而液体的粘性系数则随温度的升高而降低。

液体粘滞性随温度升高而降低的特性，对电厂锅炉燃油输送和雾化是有利的，因此锅炉燃用的重油需加热到一定温度后，才用油泵打出。但这个特性对水泵和风机等转动机械则是不利的，因为润滑油温超过60℃时，由于粘滞性下降，而妨碍润滑油膜的形成，造成轴承温度升高，以致发生烧瓦事故。故轴承回油温度一般保持在以60℃下。

第二节 液体静力学知识

一、液体静压力及其特性

液体的静压力是指作用在单位面积上的力，其单位为Pa 。

平均静压力是指作用在某个面积上的总压力与该面积之比。点静压力是指在该面积某点附近取一个小面积△F ，当△F 逐渐趋近于零时作用在△F 面积上的平均静压力的极限叫做该面积某点的液体静压力。

平均静压力值可能大于该面积上某些点的液体静压力值，或小于另一些点的液体静压力值，因而它与该面积上某点的实际静压力是不相符的，为了表示

某点的实际液体静压力就需要引出点静压力的概念。

液体静压力有两个特性

1、液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。

2、液体内任一点的各个方向的液体静压力均相等。

二、液体静力学基本方程

=

p pγ+

h

称为液体静力学基本方程式，它表明液体内任一点的静压力等0

于自由液面上的压力p0加上该点距自由液面的深度h与液体重度γ的乘积。由液体静力学基本方程式可知，静压力是随着深度按线性规律变化的，即点的位置越深，则压力就越大。

三、绝对压力、表压力和真空

当某一点的液体静压力是以绝对真空为零算起时，这个压力称为绝对压力以大气压力为零算起的压力，称为表压力或相对压力。表压力可用绝对压力减去当地大气压力进行计算。

如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，即表压力为负值，则称该处处于真空状态，真空的大小，一般用真空值或真空度表示。真空值是指大气压力与绝对压力的差值。由于真空值就是负的表压力，因此真空值也称负压。真空度是指真空值与当地大气压力相比的百分数。

液体静压力的计量单位有许多，为了便于对照使用，特将常遇到的几种压

四、连通器

所谓连通器就是液面以下互相连通的两个容器。连通器液体平衡可以分为三种情况

第一种情况，在两个相连的容器中注入同一种液体，且液面上的压力也相

等，所以其液面高度相等。可以利用此原理制成锅炉汽包和各种容器上的水位计。

第二种情况，在连通器中盛以相同的液体，但液面上的压力不等，其液面上的压力差，等于连通器液面差所产生的压力。利用此原理可以制成各种液体压力计，如锅炉U 形管风压表等。

第三种情况，在连通器两容器中盛有两种不同的液体，但液面上的压力相同，由于两种液体互不相混，自分界面起，液面高度与液体重度成反比。利用这一原理可以测定液体重度或进行液柱高度换算。

第三节 液体动力学知识

一、流量、流速

流量是指液体在单位时间内通过过流断面（即液流中与流线垂直的截面）的体积，液体流量用Q 表示，单位为m 3/s 。

平均流速是指过流断面上各点流速的算术平均值，即假定过流断面上各点都以相同的平均流速流动时所得到的流量需与各点以实际流速流动时所得到的流量相等。实际流速是指液体某一质点在空间中的移动速度。

二、液体连续性方程式

液体连续性方程式为==F c F c 2211常数

此方程式表示管道中各个过流断面上，其面积与平均流速的乘积均相等，且等于常数。

由液体连续性方程式

c c 2

1=F

F 1

2

c 1

————

平均流速 c

2

————

平均流速 F 1

————

过流断面面积 F

2

————

过流断面面积

上式表明，液体的平均流速与相应的过流断面面积成反比。即在管道断面

缩小处，液体流速就快；而在管道断面增大处，液体流速就慢。

三、伯诺里方程式

实际液体的伯诺里方程式为：

h Z p

u Z p

u ＇

s g g

+++=++222

211

21

22γ

γ u 1、u 2——断面处液体流速 p 1、p 2——断面处的压力

Z 1、Z 2——断面的液体相对于某一基准面的位置高度 g ——重力加速度 γ——液体的重度

h s ′——断面间单位重量液体的能量损失 四、伯诺里方程式的应用 1、流速测速仪——皮托管

可应用一根测速管与一根测压管组成皮托管，有效的测量出管道中液体（或气体）每一点的流速u 。

测定液体流速时的计算公式为gh u 2ϕ= 测定气体流速时的计算公式为ϕ

=u γ

γ'

∆h

g 2 ϕ——流速修正系数，可用试验方法得出，其值一般为0。9～1。03

h ∆——差压计U 形管中液面高度差，m 。 2、流量测量装置——文丘里管

文丘里管用于管道中的流量测量，它是由收缩段和扩散段所组成，两段结合处称为喉部。在文丘里管入口前的直管段断面和喉部断面两处测量静压值，根据静压差和两个已知截面面积就可以计算通过管道的流量。即

()

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛12124

4

21

2

1

d d p p d g

Q γπμ

如果压力差

()p p 2

1

-用差压计中U 形管液面高度差来表示，则