《流体基础》word版

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1、第一章流体力学基础流体包括液体和气体。流体力学是力学的一个分支，研究流体处于平衡、运动状态时的力学规律及其在工程中的应用。按研究介质不同流体力学分为液体力学（水力学）和气体力学。水力学研究的对象是液体，但是，当气体的流速和压力不大，密度变化不大，压缩性可以忽略不计时，液体的各种平衡和运动规律对于气体也是适用的。流体力学在建筑设备工程中有着广泛的应用。给水、排水、供热、供燃气、通风和空气调节等工程设计、计算和分析都是以流体力学作为理论基础的。因此，必须了解和掌握流体力学的基本知识。第一节流体的主要物理性质流体的连续性假说流体毫无空隙地连续地

2、充满它所占据的空间。因此，描述流体平衡和运动的参数都是空间坐标的连续函数，从而就可以应用数学分析中的连续函数这一工具，分析流体在外力作用下的机械运动。流体的力学特性（1）流体不能承受拉力；（2）静止流体不能承受切力，受微小切力作用流体就会流动，这就是流体易流动性的原因，运动的实际流体能承受切力；（3）静止或运动的流体能承受较大的压力。一、惯性及万有引力特性惯性——物体保持原有运动状态的性质。惯性的大小用质量表示。万有引力——地球上的物体均受地球引力的作用，表现为重力。质量为物体的重力为（N）（1-1）式中——重力加速度，取m/s2。1．密

3、度对于均质流体，单位体积流体具有的质量，记为。对于质量为，体积为的流体有（kg/m3）（1-2）2．容重（重度）对于均质流体，单位体积流体具有的重量，记为。对于重量为，体积为的流体有(N/m3)（1-3）干空气在标准大气压mmHg和20℃时，kg/m3，N/m3。水在标准大气压和4℃时，kg/m3，N/m3。水银在标准大气压和20℃时，kg/m3，N/m3。二、粘滞性如图1-1所示，为管中断面流速分布。由于流体各流层流速不同，当相邻层间有相对运动时，在接触面上就会产生相互作用的内摩擦力（切力），摩擦生热，耗散在流体中，流体的机械能就会损失

4、一部分。流体运动时产生内摩擦力或抵抗剪切变形的能力称为流体的粘滞性。            图1-1管中断面流速分布牛顿内摩擦定律作用在单位面积上的内摩控力为(N/m2)（1-4）式中——内摩擦力，N；——摩擦流层的接触面积，m2——流速梯度，速度沿垂直于流速方向的变化率，s-1；——与流体种类有关的动力粘滞性系数，N/m2·s=Pa·s。另外，流体力学中常用(m2/s)（斯）(1-5）式中——流体的运动粘滞性系数。或受温度影响较大，而受压力影响很小。液体的或随温度提高而减小，而气体反之。水和空气的和随温度的变化见教材中的表1-2。由于粘

5、性流体运动时内摩擦力做负功，消耗流体的机械能，计算中必须考虑。三、流体的压缩性和膨胀性压缩性——压强增大体积减小密度增加的性质。膨胀性——温度升高体积膨胀密度减小的性质。（一）液体情况液体的压缩性和膨胀性很小。水每增加一个大气压(kN/m2)，密度增加1/20000。水温增加1℃时，密度减小约1.5～7.0/10000。因此在建筑设备工程中，一般是不计液体的压缩性和膨胀性的。但在水击中和热水循环系统中，必须考虑液体的压缩性和膨胀性的。（二）气体情况气体具有显著的压缩性和膨胀性。对于温度不太高，压强不太大时，密度、压强和温度三者之间服从理想

6、气体的状态方程（1-6）式中——气体的绝对压强，N/m2；——气体的密度，kg/m3；——气体的绝对温度，K，又，为摄氏温度，℃；——气体常数，J/kg·K，空气，其它气体，为气体的分子量。将和代入式（1-6），得计算干空气密度的公式(kg/m3)（1-7）对于低速（远小于音速）气体，其压强和温度在流动过程中变化较小，密度可视为常数，此气体称为不可压缩气体，如空气在温差较小的空间内流动和在通风管道内的流动。对于高速（接近或超过音速）气体，在流动过程中、变化大，因此变化也大，不能视为常数，这种气体称为可压缩气体。四、作用在流体上的力作用在流

7、体上的力有压力，粘滞力（内摩擦力）、重力和惯性力。为了研究流体的平衡和运动的规律，将力分为表面力和质量力。（一）表面力表面力作用在被研究流体的表面上，其大小与受作用面积成正比，如压力P和粘性力。表面力又分为作用在流体表面上的法向力（常称压力）和切向力（常称摩擦力）两种。单位面积上的法向压力称为压强，以表示。单位面积上的切向力称为切应力或摩擦应力，以表示。与的单位均为N/m2或Pa。（二）质量力质量力作用在流体的每个质点上，其大小与流体的质量成正比。对于均质流体，质量力的大小与流体的体积成正比，这时质量力又称为体积力，最常见的质量力是重力和

8、惯性力或，和分别是流体运动的直线加速度和匀速圆周运动时的圆周速度，是流体做圆周运动时的曲率半径。第二节流体的静压强及其分布规律流体静止时各质点间没有相对运动，因此不受粘性力作用，流体只受法向压