第一章流体流动第一章流体流动流体质点1.1.1密度气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：混合气体各组分在混合前后质量不变，则有或平均分子量混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有m3/kg比重d=液体密度/4℃纯水的密度重度γ＝G/Vkgf/m3重度和密度的比较：①两者的区别就是质量和重量的区别②同一种流体在工程制单位中表示的重度和SI制单位中表示的密度数值上相等。不可压缩(恒密度)流体：流体的密度为常量密度=const可压缩性(变密度)流体：流体的密度为变量。说明:理想状态，一般液体可视为不可压缩流体，气体密度变化不大时，也可视为不可压缩流体。1.1.2压力表压=绝对压力－大气压力真空度=大气压力－绝对压力真空度=－表压绝对真空一、静力学基本方程1.1.3流体静力学方程液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:——静力学基本方程讨论：（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。(4)修正压强pm=p+ρgZ则:静止的，连续的同种流体中修正压强处处相等1.压力及压力差的测量二、静力学基本方程的应用指示液密度为ρi。指示液必须与被测液体不发生化学反应且不互溶，ρi必须大于流体的密度ρ。一般对液体，指示液为Hg，对于气体，指示液为水。P1+ρgh＝Pa+ρigRP1-Pa＝ρigR-ρgh适用于气体、液体，P1-Pa不能过大或过小气体P1-Pa≈ρigRPA=PA,P1+ρgZ1＝P2+ρg(Z2-R)+ρigRP1-P2＝ρg(Z2-Z1)+(ρi–ρ)gR指示剂密度小于被测流体密度，如空气作为指示剂而3.液封高度的计算液封高度：1.2流体动力学二、流速流量与流速的关系：对于圆形管道：常用流体适宜流速范围：1.2.2定态流动与非定态流动非定态流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化。1.2.3连续性方程——连续性方程不可压缩性流体，1.2.4柏努利方程1、流体本身具有的能量（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。（2）位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为zgJ/kg（3）动能1kg的流体所具有的动能为(J/kg)（4）静压能3、总能量衡算Δu2/2=u22/2—u12/2，Δ(pv)=p2v2—p1v1则：ΔU+gΔZ+Δ(pv)+Δu2/2=Qe+We（1）二、机械能衡算式三、柏努利方程式2）理想流体（5）（2）以单位重量流体为基准令（3）以单位体积流体为基准HT＝ρWe—全风压4.柏努利方程的讨论物理意义：在任一流动截面上单位质量流体的总机械能守恒；而每一中种形式的机械能不一定相等，可以相互转换。（3）有效功率Ne=WeW=WeVρ轴功率N=Ne/η（4）对于可压缩性流体，当时，仍可用该方程计算，但式中的密度ρ应以两截面的平均密度ρm代替。4．柏努利方程的应用（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围；（2）位能基准面的选取必须与地面平行；选取两截面中位置较低的截面；Z=管中心线到基准水平面的距离。（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。真空度＝－表压流线：描绘某一时刻各点速度方向的空间曲线，曲线上任一点的切线方向即为该点的速度方向。p141.3.1流体的粘度1.粘性：抗拒内在向前运动的特性2.内摩擦力：运动流体内部相邻两流体层间的相互作用力,是流体粘性的表现。单位：N3.剪应力τ：单位面位上所受的内摩擦力。单位：Paτ——剪应力，Pa；——法向速度梯度，1/s；μ——流体的粘度，Pa·s。说明：①牛顿粘性定律可表达为剪应力与法向速度梯度成正比，与法向压力无关。②牛顿粘性定律的使用条件：层流时的牛顿型流体。③根据此定律，粘性流体在管内的速度分布。④剪应力τ成对出现τ=±μ·du/dy“＋”：剪应力τ与流动方向相同“－”：剪应力τ与流动方向相反⑤粘度产生的原因：液体：分子引力气体：分子热运动1.粘度的物理意义流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。2.粘度的单位运动粘度：粘度μ与密度ρ的之比。气体混合物：μm=ΣyiμiMi0.5/ΣyiMi0.5yi:摩尔分率，M:分子量非缔合的液体混合物计算式：logμm=Σxilogμixi:摩尔分率理想流体：μ＝0，∑hf＝0牛顿型流体和非牛顿型流体牛顿型流体：服从牛顿粘性定律的流体：如气体及水，溶剂，甘油等液体。非牛顿型流体：不服从牛顿粘性定律的流体：如胶体溶液，泥浆，油墨等。层流（