流体力学基础思维导图

U148346456

2023-10-20

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流量测量

流体流动的基本方程

湍流

流体力学基础详解

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思维导图大纲

1.2流体静力学及其应用

静止流体所受的力

质量力

法向拉力（称为压强，多称为（静）压力）

压力单位为N/m²，称为帕斯卡（Pa） 1.013×10^5Pa＝101.3KPa＝0.1013MPa＝1atm（标准大气压）＝1.033at（工程大气压）=760mmHg=10.33mH₂O

表压=绝压-当地大气压真空度=当地大气压-绝压

流体静力学基本方程

p2/ρg=p1/ρg+(z1+z2)

单位体积静止流体的总势能称为广义压力 ┏=p+ρgz

静止流体中各处的总势能相等

静力学原理在压力和压力差测量上的应用

压力计

单管压力计

只能用来测量高于大气压的液体压力

U形管压力计

既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力而且无论被测流体的压力比大气压大还是小

压差计

U形管压差计

U形管压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压头之差

双液柱压差计（微差压差计）

1.4管路计算

简单管路

d=√4V/πu

复杂管路

并联管路

总管流量等于并联各支路流量之和，对不可压缩流体：V=V1+V2+V3

就单位质量流体而言，并联的各支路摩擦损失相等：wf1=wf2=wf3=wf4

对通过各并联支路的单位质量流体： EtA=EtB+wf1 EtA=EtB+wf2 EtA=EtB+wf3

分支（或汇合）管路

总管流量等于各支路流量之和：

EtA=EtB+wfA-B EtA=EtC+wfB-C EtA=EtB+wfA-B+wfB-C=EtC+wfA-C

1.5边界层及边界层方程

边界层厚度：流体速度达到主体速度的99%处

边界层的形成和发展：边界层汇合时流体形态为层流，则其后的流动一直保持层流 Le/d≈0.05Re 边界层汇合时流体形态为湍流，则其后的流动一直保持湍流 Le/d≈40~50

边界层方程及其应用简介

边界层分离

上游迎流区，流体加速，压力沿程降低，外流区流体因动能较大，边界层内被阻滞的流体不断堆积，在逆压作用下向相反方向流动，出现了回流

1.6湍流

湍流的发生与发展

湍流特点及其研究方法

湍流应力

1.7流速、流量测量

变压头横截面流量计

测速管

v=√2gR(ρ0-ρ)/ρ

一般测速管直径不应超过管道直径的1/50，要严格垂直于流动方向，必须保证安装点位于充分发展流段

孔板流量计

v=u0A0=C0A0√2gR(ρ0-ρ)/ρ

主要缺点：机械能损失大

文丘里流量计

变截面恒压头流量计

转子流量计

流量不同，转子停留的位置高度也不同，如果在每一高度刻上体积流量数值，那么由转子的停留位置可以直接读出体积流量

v=u0A0=CRA0√2Vf(ρf-ρ)/ρAf

1.3流体流动的基本方程

基本概念

稳定流动与不稳定流动

稳定流动：物理参数不随时间而变化不稳态流动：物理参数随时间而变化

流量与流速

体积流量：流体在单位时间内通过流通截面的体积量用V表示单位：m3/s 质量流量：流体在单位时间内通过流通截面的质量用m表示单位：kg/s

m=ρV

平均流速：体积流量V与流通截面积A之比用u表示单位：m/s 平均质量流速:质量流量m与流通截面积A之比用G表示单位：kg/（m²•s)

u=V/A G=m/A G=ρu

点速度

粘性及牛顿粘性定律

粘性：阻碍流体相对运动的性质

牛顿粘性定律：在一维分层流动中，两相邻流体层之间单位面积上的内摩擦力，与两流体层间的速度梯度dv/dy成正比

┏=μdv/dy

流体形态和雷诺数

层流：各圆筒上的流体质点互不混杂湍流：质点的速度在大小和方向上时时刻刻都在发生变化

雷诺准数 Re=duρ/μ=ρu²/μu/d

Re≤2000：层流

2000<Re<4000：过渡状态

Re>4000：湍流

质量衡算方程—连续性方程

连续性方程的积分式—宏观质量衡算

ρ1u1A1=ρ2u2A2 u1d²1=u2d²2

连续性方程的微分式—微观质量衡算

总能量衡算和机械能衡算方程

伯努利方程：均质，不可压缩理想气体在管道内稳定流动时的机械能衡算方程

gz1+u²1/2+p1/ρ=gz2+u²2/2+p2/ρ

实际流体的机械能衡算方程 gz1+u²1/2+p1/ρ+we=gz2+u²2/2+p2/ρ+wf

以单位质量流体为基准：z1+u²1/2g+p1/ρg+he=z2+u²2/2g+p2/ρg+hf

以单位体积流体为基准：ρgz1+ρu²1/2+p1+pe=ρgz2+ρu²2/2+p2+pf

摩擦损失wf的计算

直管摩擦损失计算通式：wf=λ(l/d)(u²/2) 层流时（Re≤2000）摩擦系数λ的计算式：λ=64/Reλ=0.100*(K/D+68/Re)^0.23（适用范围为Re≥4000，K/D≤0.005）

局部摩擦损失的计算

当量长度法：wf=λ(le/d)(u²/2）

局部阻力系数法：wf=ξu²/2

当流体通过时，压差不变，流通截面积却随流量而改变思维导图模板大纲

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