第一章 流体力学基础 1.1 概述 1.2 流体静力学及其应用   1.3 流体流动的基本方程  1.4 管路计算 1.5 边界层及边界层方程 1.6 湍流 1.7 流速、流量测量 1.1 概述 1 连续介质模型       流体是由分子或原子所组成，分子或原子无时无刻不在作无规则的热运动。假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。      质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备            尺寸、远大于分子自由程。        1.1 概述 2  流体的压缩性             流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。 液体的压缩性很小，在大多数场合下都视为不可压缩，而气体压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近似认为气体也是不可压缩的。  1.1 概述 3 作用在流体上的力       作用在流体上的所有外力?F可以分为两类：质量力和表面力，分别用FB、FS表示，于是：     质量力：质量力又称体积力，是指作用在所考察对象的每一个质点上的力，属于非接触性的力，例如重力、离心力等。                     				 1.1 概述 3 作用在流体上的力  	表面力：表面力是指作用在所考察对象表面上的力。  1.1 概述 3 作用在流体上的力  	类似地，与x轴、y轴相垂直的面（参见图1-2）上受到的应力分别为：  1.2 流体静力学及其应用   max.book118.com 静止流体所受的力  max.book118.com 流体静力学基本方程   max.book118.com 静力学原理在压力和压力差测量上的应用  max.book118.com体所受的力 静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。 （1）压力单位          在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为：   1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压）                      =1.013?105Pa                      =760mmHg                      =10.33mH2O   max.book118.com体所受的力 （2）压力的两种表征方法    绝对压力  以绝对真空为基准测得的压力。    表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。   max.book118.com 流体静力学基本方程 对连续、均质且不可压缩流体， ?=常数，   对于静止流体中任意两点1和2，则有：					       				     			       			     两边同除以?g   max.book118.com 流体静力学基本方程 讨论 （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面； （3）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。即压力可传递，这就是巴斯噶定理；  （4）若记，? 称为广义压力，代表单位体积静止流体的总势能（即静压能p与位能?gz之和），静止流体中各处的总势能均相等。因此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。  max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  1．压力计  （1）单管压力计    或表压  式中pa为当地大气压。    单管压力计只能用来测量高于 大气压的液体压力，不能测气体压力。   max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  1．压力计  （2）U形压力计  设U形管中指示液液面高度差为R，指示液 密度为?0，被测流体密度为?，则由静力学 方程可得：   将以上三式合并得：   max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  若容器A内为气体，则?gh项很小可忽略，于是：	                	       显然，U形压力计既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力，而且被测流体的压力比大气压大或小均可。     max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  2．压差计  （1）U形压差计  设U形管中指示液液面高度差为R，指示 液密度为?0，被测流体密度为?，则由静 力学方程可得：   max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  根据而3、3?面为等压面 及广义压力的定义       两边同除以?g得：   式中：                     为静压头与位头之和，又称为广义压力头。       U形压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压力头之差。    max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用 讨论 （1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；   max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用 讨论 （2）指示液的选取：   指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；   其密度要大于被测流体密度。   应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。    max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用 思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反映了什么？   max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用  2．压差计  （2）双液柱压差计      又称微差压差计适用于压差较小的场合。  密度接近但不互溶的两种指示   液1和2 ，?1略小于?2 ；  扩大室内径与U管内径之比应大于10 。  max.book118.com  静力学原理在压力和压力差测量上的应用 例1-1  当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误差，也常采用倾斜式压差计，其结构如图1-9所示。试求若被测流体压力p1=1.014?105Pa（绝压），p2端通大气，大气压为1.013?105Pa，管的倾斜角?=10?，指示液为酒精溶液，其密度?0=810kg/m3，则读数R?为多少cm？若将右管垂直放置，读数又为多少cm？   1.3	  流体流动的基本方程 max.book118.com 基本概念  max.book118.com 质量衡算方程----连续性方程   max.book118.com 运动方程    max.book118.com 总能量衡算和机械能衡算方程  max.book118.com  基本概念 1．稳定流动与不稳定流动     流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流动有关的流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流动。      反之，只要有一个流动参数随时间而变化，就属于不稳定流动。    max.book118.com  基本概念 2．流速和流量 流速 （平均流速） 单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。  质量流速   单位时间内流经管道单位截
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