学习指南

基本要求：

熟练掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；

正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念；

掌握流体流动阻力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算；

了解测速管，文丘里流量计，孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。

重  点：

流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；

柏努利方程式的应用；流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；

简单管路的计算。

难  点：

流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。

一、重要公式

1、连续性方程

2、伯努利方程

3、阻力计算（与U型差压计相关）

4、阻力计算（范宁公式）

二、相关概念

1、连续介质模型

2、流体力学

3、压强及表示方法（表压、真空度）

4、修正压强及应用条件

5、牛顿粘性定律τ=±μdu/dy     适用层流

6、层流与湍流分类、本质

Re<2000(层流)

Re>4000(湍流)       

本质区别：湍流有径向脉动

7、粘度

1Pa·s=10P(泊)=1000 cP（厘泊）

8、Re=ρud/μ

9、平均速度u=u_max/2（管中心，层流）

10、边界层及分离

11、因次分析法

12、局部阻力

13、de=4r_h

r_h=流道面积/润湿周边长，de=d₂-d₁

14、管道突然扩大、缩小

15、并联特点：∑h_f相等

16、测量

点速度：毕托管；流量。

孔板、文丘里、转子

特点：恒u，恒△P_m，变截面；

标定：

三、复习例题

1、常温的自来水从高位槽A经φ57mm×3.5mm钢管送入密闭的容器B内，容器B上方压强表读数为5.08×10⁴Pa。高位槽和容器的液面恒定，两者间的垂直距离为15m，已知直管长度与全部当量长度之和为83m。试求该管路最大输水量为多少？取水的密度ρ＝1000kg/m³、粘度μ＝1cP、ε＝0.2mm。

【解】

依题意画图

以高位槽A的1－1与B容器的2－2间列B.E

2、用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at。水槽水面至塔内水出口处垂直高度差22m。已知水流量为42.5m³/h，泵对水作的有效功为321.5J/kg，管路总长110m（包括局部阻力当量管长），管子内径100mm。试计算摩擦系数λ值。

【解】

依题意画图

以水槽的1－1与水洗塔的2－2间列B.E 

z₁=0，z₂=22 m，u₁=0，

p₁(表)= 0

p₂ = 0.85at = 0.85×9.81×10⁴ = 8.34×10⁴ Pa

u₂ = V/A = 42.5/(0.785×0.1²×3600) = 1.50 m/s

∴W_e= gz₂+u₁²/2+p₂/r+∑h_f 

即:321.5=9.81×22+1.50²/2+8.34×10⁴/10³+∑h_f

∴∑h_f = 21.2 J/kg

∑h_f =λ(l/d)u²/2 =λ(110/0.1)×1.50²/2 = 21.2  

∴λ = 0.0171 

实践内容

1．测定并绘制节流式流量计的流量标定曲线，确定节流式流量计流量系数C

2．分析实验数据，得出节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律。

实践原理

流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：  

用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量V_S。每个流量在压差计上都有一个对应的读数，测量一组相关数据并作好记录，以压差计读数△P为横坐标，流量V_s为纵坐标，在半对数坐标上绘制成一条曲线，即为流量标定曲线。同时，通过上式整理数据，可进一步得到流量系数C随雷诺数Re的变化关系曲线。

实践装置及参数

1.实践装置

图一  流量计实验流程示意图

图二  实验装置仪表面板图

2．设备主要技术参数：

离心泵：型号WB70/055；      贮水槽：550mm×400mm×450mm；

试验管路：内径φ48.0 mm；   涡轮流量计：最大流量 6m³/h；

文丘里流量计：喉径φ15mm；  孔板流量计：喉径φ15mm；

转子流量计：LZB-40，量程400-4000L/h；

温度计：Pt100数字仪表显示； 差压变送器： 0-200kPa

案例

某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7×10³Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，通过理论计算，此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度为10.9m。

常见问题

1.压力的表示方法有哪些？

答：绝对压强：以绝对真空为基准量得的压强；

表压强：以大气压强为基准量得的压强。未特殊注明的即认为是表压。

真空度：表压强以大气压为起点计算，有正负，负表压强就称为真空度。

表压=绝对压强—大气压强

真空度=大气压强—绝对压强

2.位头的概念及单位？

答：“头”用来表示液位高度，就是液柱高与静压力之间的关系，通常称为静压头，相应的称为位压头或位头，其单位为m。

3.层流与湍流的本质区别是什么？

答：湍流的最基本特征是出现了径向的速度脉动，当流体在管内流动时只有轴向速度而无径向速度，牛顿型流体服从流动粘性定律，然而在湍流时流体质点沿管道流动着的同时还出现了径向的脉动，这种脉动加速了径向的动量、热量和质量的传递，动量的传递不仅因于分子运动，且源于流体质点横向脉向速度。