01流体力学基础知识

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流体力学基础知识

第1章

流体力学基础知识

§1.1 流体的主要物理性质§1.2 流体静压强及其分布规律

§1.3 流体运动基本知识 §1.4 流动阻力和水头损失§1.5 孔口、管嘴出流

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本章重点

1.流体静压强及其分布规律 2.流动阻力和水头损失

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第1章

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一、什么是流体？液体和气体因具有较大的流动性而被统称为流体 ， 它们具有和固体完全不同的力学性质。

二、建筑工程中流体力学的应用在建筑设备工程中，建筑给水、排水、供热、供 燃气、通风和空气调节等设计、计算和分析都是以 流体力学为基础理论的。主要的流体有水(含热水 )、空气、燃气等。返回 上页 下页

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§1.1 流体的主要物理性质一、流体的密度和重度均质流体单位体积所具有的质量称为密度，用ρ 表示，单位kg/m3。 m V 单位体积流体所受的重力称为重度。用 表示， 单位N/m3 。 G V返回 上页 下页

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表1-1-1物质 水

几种常见物质的密度和重度备注 4℃及 1个大气压 0℃及1个 标准大气压 20℃及 1个大气压

密度( kg/m3) 重度( N/m3) 1000 9800

水银(汞)干空气

136001.2

13328011.80

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二、流体的粘(黏)性一切实际流体都是有粘性的，这也是流体的典 型特征。流体由静止到开始流动，是一个流体内 部产生剪切力，形成剪切变形，以使静止状态受 到破坏的过程。这种表明流体流动时产生内摩擦 力阻碍流体质点或流层间相对运动的特性称为粘 性，内摩擦力称为粘滞力。

流体内摩擦力假说——牛顿内摩擦定律 。

du F内 A dyμ——流体动力粘度，单位为Pa.s或N.s/m2。返回 上页 下页

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单位面积上的内摩擦力称为切应力，以τ表示， 单位为Pa。 du

du ——流动梯度，速度沿垂直于流速方向的变化率，单 dy 位为s-1。流体粘度越大，反映流体质点相互牵制的作用越 明显，流动性能越差！ 牛顿内摩擦定律只适用于部分流体，对于某些 特殊流体是不适用的。把符合牛顿内摩擦定律得流 体称为牛顿流体；不符合的称为非牛顿流体，如泥 浆、血浆、油漆和颜料等。 返回 上页 下页

dy

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三、流体的热膨胀性和压缩性流体的膨胀性的大小用热膨胀系数α(1/K或1/℃) 来表示，热膨胀系数表示单位温度所引起的体积相 对变化量 。 1 dV V0 dT流体压缩性的大小，一般用压缩系数β(Pa-1) 来表示。压缩系数是指单位压强所引起的体积相对 变化量。 1 dV

V0 dp返回 上页 下页

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一般结论： 水的压缩性和热膨胀性是很小的，在建筑设备 工程中，一般计算均不考虑流体的压缩性和热膨胀 性。 气体的体积随压强和温度的变化是非常明显的 ，故称为可压缩流体。

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四、流体的惯性流体和其他物体一样，具有惯性。流体具有的反 抗改变其原有运动状态的物理特性称为惯性。

五、表面张力将细玻璃管竖立在液体中，由于表面张力的作 用，液体就会在细管中上升或下降，称此为毛细管 现象。见图1-3。

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六、作用于流体上的力1、质量力 质量力是指通过所研究流体的每一部分质量而作 用于流体的力，其大小与流体的质量成正比。常见 的质量力有重力和各种惯性力。 设总质量力F在空间坐标上的投影分别为 FX、FY 和 FZ ,若均质流体质量为m,则单位质量力f(作用 在单位质量流体上的质量力)在相应坐标轴上的投 影为： FX FY FZ fX 、f Y 、f Z m m m返回 上页 下页

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当流体所受质量力只有重力时，由G=mg可得 单位质量力为：

f X 0、f Y 0、f Z - g2、表面力 表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与 受力表面的面积成正比。 流体处于静止状态时，不存在黏性力引起的内 摩擦力(切向力为零),表面力只有法向压力。对于 理想流体，无论是静止或处于运动状态，都不存在 内摩擦力，表面力只有法向压力。返回 上页 下页

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§1.2流体静压强及其分布规律一、流体静压强在静止或相对静止的流体中，单位面积上的内 法向表面力称为静压强。 在静水中取一表面积为A的水体，设周围水体对 A表面上某一微小面积ΔS产生的作用力为ΔP,则该 微小面积上的平均压强为： p p S_

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二、流体静压强的特性流体静压强有两个重要特性： 特性一：流体静压强永远垂直于作用面，并指向该 作用面的内法线方向即垂直性。 特性二：静止流体中任一点的静压强只有一个值， 与作用面的方向无关，即任意点处各方向的静压强 均相等即各向等值性。

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三、流体静压强的分布1.等压面具有两个重要性质： (1)在平衡液体中等压面即等势面； ( 2 )等压面与质量力正交。只有重力作用下的静 止液体，其等压面必然是水平面。油 2 5 水 4 5 p

p

2 4

1 水

1

3

汞

3

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2.只有重力作用时静止液体静压强的分布规律： ( 1 )静止液体内任意一点的压强等于液面压强加上 液

体重度与深度乘积之和。

(2)静止液体内压强随深度按直线规律变化。(3)同一深度的点压强相等，即等压面为水平面。

(4)液面压强可等值在液体内传递。

p p 0 gh p 0 h返回 上页 下页