流体流动思维导图

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2023-09-27

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边界层理论

流体测量

管流系统

流体流动详解

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思维导图大纲

管流系统的衡算方程

管流系统的质量衡算方程

不可压缩流体管内流动的连续型方程（3.1.3）圆形管道（3.1.4）流体在均匀直管内作2稳态流动时，平均流速恒定不变

管流系统的能量衡算方程

流体携带的能量有内能、动能、位能、静压能，单位质量流体的总能量为E=e+0.5u的平方+gz+pv（3.1.6）总能量衡算方程（3.1.7）

机械能衡算方程：1.稳态流动过程中单位质量流体的机械能衡算方程（3.1.15）2.拓展的伯努利方程（3.1.18）3.伯努利方程（3.1.19）4.流体静力学基本方程式（3.1.21）

流体流动的内摩擦力

流体的流动状态：层流和湍流；1.牛顿黏性定律（3.2.2）负号表示剪应力的方向与速度梯度的方向相反；该定律指出，相邻流体层之间的剪应力与该处垂直于流动方向的速度梯度成正比；又揭示了剪应力与角变形速率成正比

2.动力粘性系数：单位法向速度梯度下，由于流体粘性所引起的剪应力的大小

流体类别：粘塑性流体、假塑性流体、牛顿型流体、胀塑性流体、（某些泥浆、聚合物溶液等高粘度的液体不遵循牛顿黏性定律）

流动状态对剪应力的影响：层流流动的基本特征是流体分层流动，剪应力产生的原因主要是分子热运动导致动量传递；在湍流流动中存在流体质点的随机脉动，流体的剪应力除了有分子运动引起外，还由质点脉动引起。涡流粘度不是流体的物理性质，其大小受流体宏观运动的影响。

边界层理论

一、普兰德边界层理论要点：1.当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面出存在非常薄的一层区域---边界层；2.在边界层内，流体的流速很小，但速度梯度很大；3.在边界层内，黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界层内不能全部忽略粘性；4.在边界层外的整个流动区域，可将黏性力全部忽略，近似看成是理想流体的流动。二、边界层厚度：层流（3.3.1）湍流（3.3.2）三、圆直管内流动的边界层：当u较小时，进口段形成的边界层交汇时，边界层的流态时层流，则以后的充分发展段保持层流流动，速率分布曲线呈抛物线形；当u较大，交汇时边界层流动若已发展为湍流，则其下游的流动也为湍流。

边界层分离的必备条件：粘性作用、逆压梯度

流体流动的阻力损失

阻力损失的影响因素：1.内摩擦力2.边界层内的流动状态及边界层厚度是影响摩擦阻力的主要原因3.物体表面粗糙度

沿程阻力损失：范宁公式（3.4.2）；由（3.4.9）和（3.4.10）得圆管层流流动的平均速度为最大速率的一半；层流流动的阻力损失。例题重要理论84、85页。气体的阻力损失：微元内总能量衡算式（3.4.25）泥浆的阻力损失（3.4.24）

局部阻力损失：管道突然变大（3.4.45）阻力系数为（3.4.46），流体自管出口进入容器，可以看成A1/A2约等于0，阻力系数等于1；管道突然缩小，阻力系数=0.5；

管路计算

无论是设计问题，还是操作问题，都可以应用流体流动的连续性方程、机械能衡算方程和流体流动阻力损失计算式这三个基本关系式解决。

简单管路的计算：1.通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体（3.5.1）2.整个管路阻力损失等于各管段阻力损失之和（3.5.2）

复杂管路的计算：分支管路：1.对于不可压缩流体，各管的流量等于各支管流量之和（3.5.3）2.由于存在分流，所以主管内各段的流量不同，阻力损失需分段加以计算（3.5.4）3.流体在分支点处无论以后向何处分流，其总机械能为一定值（3.5.5（3.5.6）分流管路：任何局部部位的阻力变化都将影响到整个流动系统；若某处局部阻力变大，则其上、下游流量均减小，上有压力变大、下游压力变小。并联管路（3.5.10）