《流体力学ch》课件

流体力学欢迎来到流体力学课程本课程将深入探讨流体运动的原理、应用和实际问题我们将从基本定律开始，逐步深入到复杂的流体系统设计流体运动的基本定律质量守恒动量守恒12描述流体质量在运动过程中不说明流体运动中动量的变化等会增加或减少的原理于外力作用的结果能量守恒3阐述流体系统中能量的转化和守恒关系质量守恒定律控制体积选定一个固定的空间区域作为研究对象入流质量进入控制体积的流体质量出流质量离开控制体积的流体质量质量平衡入流质量等于出流质量，系统内质量保持不变动量守恒定律动量变化应用流体的动量变化等于作用在流体上的外力之和这包括压力力、动量守恒定律广泛应用于喷气推进、水轮机设计和管道系统分析重力和摩擦力等等领域能量守恒定律动能1流体运动的能量势能2由流体位置决定的能量内能3流体分子运动和相互作用的能量热能4流体与环境间的热量交换功5外力对流体所做的功流体静力学的基本概念压力密度单位面积上的垂直力单位体积的质量粘度流体抵抗变形的能力液体静压力等压面压强随深度变化静止液体中压力相等的面，通常液体静压力随深度线性增加，与为水平面液柱高度成正比帕斯卡定律静止液体中压力在各个方向上相等杆流与喷流杆流喷流流体在管道中的流动，特点是截面积不变，速度分布不均匀流体从小孔喷出形成的自由流动，特点是截面积变化，速度分布较均匀贝努利方程压力能1流体单位质量所具有的压力能动能2流体运动所具有的能量位能3流体由于高度所具有的势能能量守恒4上述三种能量之和在理想流体流动中保持不变流量测量文丘里管皮托管利用管道收缩段压力差测量流量测量流体总压和静压之差来确定流速孔板流量计电磁流量计通过测量孔板两侧压差来计算流量利用法拉第电磁感应定律测量导电流体流量层流与湍流层流湍流流体以平行层的形式流动，各层之间没有混合特点是流线平滑流体运动呈现不规则的脉动，各部分之间发生混合特点是流线、稳定紊乱、不稳定层流与湍流的判别雷诺数临界雷诺数无量纲参数，用于判断流动状态流动从层流转变为湍流的临界值Re=ρvd/μ判别标准临界层流；临界湍流ReRe ReRe边界层理论边界层形成1流体与固体表面接触处形成的薄层速度分布2边界层内速度从零逐渐增加到主流速度层流边界层3低雷诺数下形成，流动平稳湍流边界层4高雷诺数下形成，流动紊乱粘性流动的阻力表面摩擦阻力流体与固体表面直接接触产生的阻力形状阻力由于物体形状导致的压力分布不均而产生的阻力诱导阻力主要存在于升力面上，与升力产生有关总阻力上述各种阻力的综合效果管道流动圆管流动速度分布压力分布最常见的管道流动形式管道中心速度最大，壁面速度为零沿流动方向压力逐渐降低管道流动的摩擦损失达西韦斯巴赫公式-1计算管道摩擦损失的经典公式摩擦系数2与管道粗糙度和雷诺数有关管长3摩擦损失与管长成正比流速4摩擦损失与流速的平方成正比管径5摩擦损失与管径的五次方成反比局部阻力弯头突扩和突缩流体方向改变导致的能量损失管道截面突然变化引起的损失阀门三通流体通过阀门时的能量损失流体分流或汇流时的能量损失机械能损失沿程损失局部损失流体在直管段运动时由于摩擦引起的能量损失与管长、流速和流体通过管道中的各种局部构件时产生的能量损失与流速和局管道特性有关部损失系数有关管道系统的设计需求分析1确定流量、压力和介质特性要求管径选择2根据流量和允许压降选择合适的管径材料选择3考虑介质特性、压力和温度选择管道材料布局设计4优化管道路径，减少弯头和局部阻力附件选择5选择合适的阀门、法兰和其他附件泵与风机泵风机用于输送液体的机械设备用于输送气体的机械设备能量转换将机械能转化为流体能量泵的工作原理吸入流体进入泵腔加压泵内机械部件对流体做功排出高压流体离开泵腔循环重复上述过程，持续输送流体离心泵的特性曲线扬程曲线功率曲线描述泵的扬程与流量的关系显示泵的功耗随流量的变化效率曲线曲线NPSH表示泵的效率随流量的变化描述防止空化所需的进口压力离心泵的效率总效率1输出的有效功率与输入功率之比水力效率2考虑水力损失后的效率容积效率3考虑泄漏损失后的效率机械效率4考虑机械摩擦损失后的效率变压力与变流量变压力运行变流量运行通过调节泵的转速或阀门开度来改变系统压力适用于需要不同通过调节泵的转速或旁通阀来改变系统流量适用于需要不同流压力的场合量的场合液体输送系统设计1234需求分析泵选型管道设计控制系统确定流量、压力和输送距根据系统特性选择合适的计算并选择合适的管径和设计自动化控制系统以优离要求泵材料化运行液压传动系统液压泵控制阀将机械能转换为液压能控制液压油的流向和压力执行元件将液压能转换为机械运动液压缸的工作原理进油高压油进入缸体一侧活塞移动油压推动活塞运动排油另一侧油液被排出往复运动通过控制进排油实现往复运动液压阀的工作原理方向控制阀压力控制阀控制液压油的流动方向调节和限制系统压力流量控制阀单向阀调节液压油的流量允许液压油单向流动液压系统的设计需求分析1确定系统的力、速度和精度要求回路设计2绘制液压原理图，选择合适的元件参数计算3计算系统压力、流量和功率需求元件选型4选择泵、阀、缸等液压元件系统集成5组装系统并进行调试气动元件的工作原理压缩机气动阀气缸提供高压气源控制气流方向和压力将气压转化为机械运动气动系统的设计需求分析气源选择12确定系统的力、速度和控制要选择合适的压缩机和储气罐求执行元件选型控制回路设计34选择适当的气缸或气动马达设计气动阀门控制系统。