流體力學(xué)知識2023/3/161第一頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、流體的概念液體和氣體易于流動，統(tǒng)稱為流體。二、流體力學(xué)的概念研究流體平衡與運動的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)2023/3/162第二頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、流體的主要物理性質(zhì)1、密度及比容：

物體單位容積所具有的質(zhì)量稱為密度；而密度的倒數(shù)即單位質(zhì)量的容積稱為比容2023/3/163第三頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、容重或重度物體單位容積的重量2023/3/164第四頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、流體的壓縮性及膨脹性1）壓縮性：流體的容積與壓強(qiáng)的變化成反比的性質(zhì)2）膨脹性：容積與溫度變化成比例的性質(zhì)2023/3/165第五頁，共七十三頁，2022年，8月28日液體的壓縮性及膨脹性很小、在很多工程技術(shù)常忽略不計，對工程計算誤差影響甚小。但在熱水工程中為了保證運行安全，還是應(yīng)考慮其膨脹性，如在熱水工程中設(shè)膨脹水箱、安全閥等。2023/3/166第六頁，共七十三頁，2022年，8月28日氣體具有顯著的壓縮性和膨膿性，其容重、壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度三者的關(guān)系如下式：對于流速較低的氣體，在壓強(qiáng)及溫度變化不大時，其容重的變化也比較小，在一般工程應(yīng)用中可視為常數(shù)。

2023/3/167第七頁，共七十三頁，2022年，8月28日4、易流性流體的形狀隨容器形狀的不同而改變，這是由于流體不能承受剪力所形成的，這種性質(zhì)稱為易流性。液體在重力作用下．由高處向低處流，易流性是改變液體運動狀態(tài)的主要因素。

2023/3/168第八頁，共七十三頁，2022年，8月28日5、粘滯性流體在運動中，由于分子問的動量交換和分子間的作用力會引起內(nèi)摩擦阻力，這種性質(zhì)稱為流體的粘滯性。粘滯性的大小隨流體的種類及所處的外界條件而不同。例如流體中的水與重油，溫度的高低都影響其粘滯性的變化。牛頓試驗研究提出與粘滯性有關(guān)的內(nèi)摩擦定律為

2023/3/169第九頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1610第十頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1611第十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、計量單位1、國際單位1）基本單位：長度、質(zhì)量、時間、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、電流和發(fā)光強(qiáng)度7種物理量的單位。其中與流體力學(xué)及傳熱學(xué)有關(guān)的是前5種相應(yīng)的單位名稱和符號為米(m)、千克(kg)、秒(s)、開爾文（k）、摩[爾](mol)，2023/3/1612第十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日2）導(dǎo)出量和導(dǎo)出單位均以基本量和基本單位表示，如速度為m／s、密度為kg／m3、耗熱量為w等。

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2023/3/1613第十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、工程單位1）基本單位工程單位以力(kg)、長度(m)及時間(s)三個物理量為基本量其他的物理單位均以基本量表示如密度為kg／m3、速度為m／s、容重為kg／m3、壓強(qiáng)為kg／cm2及熱量(cal)等2023/3/1614第十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二章流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué)概念研究流體靜止或平衡時的力學(xué)規(guī)律及其工程應(yīng)用的科學(xué)。由于靜止流體無相對速度，不呈現(xiàn)粘滯性，不存在切力，也不能承受拉力，故其所受的力只能是壓力。

2023/3/1615第十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、壓強(qiáng)在靜水中，取一微小面積Δw,其上作用靜水壓力ΔP，則面積上的平均壓強(qiáng)

2023/3/1616第十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1617第十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、靜止流體壓強(qiáng)的兩個特性：(1)靜止壓強(qiáng)的方向必然沿著作用面的內(nèi)法線方向，即垂直指向作用面。這是因為靜止流體內(nèi)的應(yīng)力只能是壓應(yīng)力；(2)流體中任一點靜水壓強(qiáng)的大小與作用的方向無關(guān)。換言之，一點上各個方向的壓強(qiáng)均相等。這是因為靜止流體中某一點受四面八方的壓應(yīng)力而達(dá)到平衡。

2023/3/1618第十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、流體靜力學(xué)基本方程2023/3/1619第十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1620第二十頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三章流體動力學(xué)一、動力學(xué)的基本原理流體動力學(xué)是研究流體運動規(guī)律的科學(xué)。在流體靜力學(xué)中．壓強(qiáng)只與水深有關(guān)，或者說與所處空間位置有關(guān)在流體動力學(xué)中，壓強(qiáng)還與運動情況有關(guān)

2023/3/1621第二十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、流體運動的基本概念流體運動是由無數(shù)流體質(zhì)點的運動所組成的，且各質(zhì)點之間都有力相互作用，質(zhì)點上的力和其本身的運動存在一定的規(guī)律性，找到其原因，就可以解決運動中的問題。下邊介紹流體運動中的幾個基本概念。2023/3/1622第二十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日1、流線液流中同一瞬間由許多質(zhì)點組成的曲線，該曲線上任一點的切線方向就是該點的流速方向，它形象地描繪了該瞬時整個液流的流動情況(圖3—1)2023/3/1623第二十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、流管在液流中取一封閉垂直于流向的平面，在其中劃出權(quán)微小面積，則其周邊上各點的流線構(gòu)成流管3、流束流管內(nèi)流線的總和4、股流充滿流管內(nèi)的流體2023/3/1624第二十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日5、過流斷面在股流上垂直于所有流線的截面。其形狀隨流線形狀而定．可能是平面或曲面。6、元流與總流過流斷面為無限小時的流束稱為元流過流斷面為有限大時的流束稱為總流。2023/3/1625第二十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、流體運動的分類流體運動受其物性和邊界條件的影響呈現(xiàn)復(fù)雜的運動情況。常根據(jù)運動特點對其進(jìn)行分類。

2023/3/1626第二十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日1．根據(jù)流動要素(流速與壓強(qiáng))與流行時間分類1）恒定流流場內(nèi)任一點的流速與壓強(qiáng)不隨時間變化，而僅與所處位置有關(guān)的流體流動稱為恒定流。在這種流動中．流線與質(zhì)點運動的軌跡相重合。2）非恒定流運動流體各質(zhì)點的流動要素隨時間而改變的運動則稱為非恒定流，水位隨水的放出而不斷改變的水流運動。

非恒定流的情況較復(fù)雜，以后一般問題多為恒定流的。2023/3/1627第二十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日2．根據(jù)流體流速變化分類1）均勻流流體流速的大小和方向沿流線不變的水流稱為均勻流。這種穩(wěn)定流動的流線為相互平行的直線，在輸送流體的等管徑管道內(nèi)的液流即屬于均勻流。2）非均勻流流體過流斷面沿程改變或流動方向變化，會使同一流線上的各點流速大小和方向發(fā)生變化．這種流動稱為非均勻流。在管道上擴(kuò)大或縮小處的水流運動即為非均勻流。在非均勻流中，若流線幾乎是平行的且接近直線對稱為漸變流，過流斷面可認(rèn)為是平面；不能滿足漸變流條件的非均勻流即為急變流。2023/3/1628第二十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、按液流運動接觸的壁面情況分類1）有壓流流體過流斷面的周界為壁面包圍，沒有自由面為有壓流或壓力流?！愎┧?、供熱管道均為壓力流。

2）無壓流流體過流斷面的壁和底均為壁面包圍，但有自由面者稱為無壓流或重力流。如河流、明渠等。3）射流不受壁面約束的液流，如噴泉、消火桂等噴射的水柱。2023/3/1629第二十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、流體流動的因索1、過流斷面流體流過通道的斷面積稱為過流斷面，單位為m2。在均勻流，過流斷面為一平面。2023/3/1630第三十頁，共七十三頁，2022年，8月28日2．平均流速在不能壓縮及無粘滯性的理想均勻流中，流速是不變的。但在實際工程中，流體與流道壁間存在著摩阻力，過流斷面上各點的流速是不等的，靠近壁處阻力大、流速小，近中心處流速大(圖3—2)。2023/3/1631第三十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日為計算方便，常取過流斷面上的平均流速

2023/3/1632第三十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、流量2023/3/1633第三十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日五、流體運動的基本方程1、連續(xù)性方程2023/3/1634第三十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、能量方程2023/3/1635第三十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1636第三十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1637第三十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1638第三十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1639第三十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四章流體流動阻力

流體具有不同的粘滯性，在流動中為了克服阻力而消耗的能量稱為阻力損失。阻力損失值視流體的流行形態(tài)而不同，因此計算流體的阻力損失．應(yīng)了解水流的形態(tài)。2023/3/1640第四十頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、流體的流動形態(tài)流體在流動中，由于流速不同而呈現(xiàn)出兩種不同的流動形態(tài)——層流和紊流。1、層流與紊流在一端裝有閥門的長玻璃管中充滿水，稍開啟閥門放水，并由小管注入有顏色水流，則可見管內(nèi)顏色水成一穩(wěn)定細(xì)梳，這種流型稱為層流。當(dāng)閥門開大，水流速增加時，管中有色線產(chǎn)生振蕩被動．再開大閥門到一定程度，流速增大，水流中色線摻混紊亂，此時稱為紊流。

2023/3/1641第四十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、雷諾數(shù)英國物理學(xué)家雷諾曾作過試驗并得到判斷流型的計算式，稱為雷諾公式：

2023/3/1642第四十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1643第四十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、沿程損失和局部損失1）沿程損失

流體流動中為克服摩擦阻力而損耗的能量稱為沿程損失。沿程阻力損失與長度、粗糙度及流速的平方成正比，而與管徑成反比，通常采用達(dá)西一維斯巴赫公式計算：2023/3/1644第四十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日2）局部損失流體運動過程中，通過斷面變化處、轉(zhuǎn)向處、分支或其他使流體流動情況改變時，均能引起能量損失，這種由局部變化引起的阻力損失稱為局部損失。計算公式為

2023/3/1645第四十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日3）管道總阻力2023/3/1646第四十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日第五章傳熱學(xué)基礎(chǔ)傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。凡是有溫差處，就有熱量從高溫物體傳向低溫物體，在自然界和生產(chǎn)技術(shù)中，傳熱是一種普遍現(xiàn)象。2023/3/1647第四十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、傳熱的分類根據(jù)物體溫度與時間的變化關(guān)系1、穩(wěn)定熱傳遞物體中各點溫度不隨時間而改變的熱傳遞過程2、非穩(wěn)定熱傳遞物體中各點溫度隨時間而改變的。以后討論的多為穩(wěn)定熱傳遞過程。2023/3/1648第四十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、基本概念1、壓力2、熱熱是由物體外界溫度不同，通過邊界而傳遞的能量，是物體間（內(nèi)）通過分子運動相傳遞的能量。給物體加熱，實際就是增加使物體分子運動的能量，物體的溫度就將升高，反之使物體散熱減小分子運動的能量，物體溫度降低。

2023/3/1649第四十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、溫度2023/3/1650第五十頁，共七十三頁，2022年，8月28日

4、熱膨脹物體受熱，溫度升高，長度增長、體積增大。這種因為溫度增加而脹大的現(xiàn)象稱熱膨脹。這是物質(zhì)內(nèi)能增加使分子間隔增大的結(jié)果線膨脹指溫度增加后在長度方向的增長。線膨脹系數(shù)：

。體積膨脹系數(shù)：將上述公式中的L改為V2023/3/1651第五十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日5、比容或比熱2023/3/1652第五十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、傳熱方式物體的傳熱方式可分為三種導(dǎo)熱對流輻射2023/3/1653第五十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日1、導(dǎo)熱由于物體內(nèi)分子運動而將熱量由高溫部傳遞到低溫部，這種熱傳遞過程稱為導(dǎo)熱過程2023/3/1654第五十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、對流兩種概念：1）流體各部分之間發(fā)生相對運動而引起的熱量傳遞方式。對流發(fā)生在流體內(nèi)部。2）工程上常遇到的情況是流動著的流體與其溫度不同的固體壁面接觸時的熱交換運動，這種換熱也稱為對流換熱。我們主要研究的對象。如果流體是在外力，如風(fēng)機(jī)、水泵的作用下運動，這種對流換熱稱為強(qiáng)制對流換熱；如果沒有外力作用，僅由部分流體受熱膨脹，密度減小產(chǎn)生浮力流動換熱稱為自然對流換熱。2023/3/1655第五十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日對流換熱的計算可采用牛頓換熱式：2023/3/1656第五十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、熱輻射物體通過電磁波來傳遞熱能量的方式稱熱輻射.它與導(dǎo)熱和對流換熱不同，熱輻射不需中間媒介物質(zhì)，故可在真空中進(jìn)行。黑體的輻射能在同溫度物體中為最大。黑體單位時間內(nèi)發(fā)出的輻射熱量與其絕對溫度2023/3/1657第五十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、熱媒的性質(zhì)最常用的熱媒是水、蒸汽及熱空氣1、水水在傳熱學(xué)中的有關(guān)性質(zhì)如下：（1）水的壓縮性及膨脹性。水的壓縮性很小，一般情況下可視為不可壓縮體。但其膨脹卻不可忽視。水的體膨脹系數(shù)約為0．0006，若不考慮加熱后的體積膨脹，則將脹破加熱設(shè)備。此外。0度的水結(jié)冰，體積將增大約11％，會產(chǎn)生巨大脹力，對自然界物質(zhì)及生活生產(chǎn)都有極大的影響。

2023/3/1658第五十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1659第五十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日2023/3/1660第六十頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、蒸汽2023/3/1661第六十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日可以用為加熱其他物體、如熱交換器的熱媒體。

(2)過熱蒸汽。將飽和蒸汽再加熱，溫度即升高，壓力也增大，這種蒸汽為過熱蒸汽。低壓蒸汽：一般壓力小于70kPa．高壓蒸汽：壓力大于70kPa的蒸汽。適用于作動力源，一般不作熱源。2023/3/1662第六十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日2．蒸汽的性質(zhì)(1)汽化熱或潛熱。飽和水再加熱即轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，需要吸取的汽化熱2260J／kg．凝結(jié)為飽和水時放出同樣的熱量是加熱水或暖房時所需的主要熱量來源2023/3/1663第六十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日(2)蒸汽的比熱容。蒸汽的比熱容較熱水大得多，如在相對壓力為0時，其比熱容較飽和水大1700倍。因此，在計算供熱管道系統(tǒng)中，蒸汽的流速也可高得多，而不會有過大的阻力損失。同時，由于比熱容大，密度小，在高層建筑供熱時．也不會產(chǎn)生很大的靜壓力。2023/3/1664第六十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日(3)狀態(tài)參數(shù)蒸汽的狀態(tài)參數(shù)是表現(xiàn)其在熱力特性方面的物理量。這些參數(shù)有溫度、比熱容或密度、