流体流动中的守恒原理学习培训课件.ppt

1、 1.3 流流体体流流动动中中的的守守恒恒原原理理 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒三大守恒定律三大守恒定律一稳定流动与不稳定流动一稳定流动与不稳定流动流流动动参参数数都都不不随随时时间间而而变变化化，就就称称这这种种流流动动为为稳稳定定流流动动。否否则则就就称称为为不不稳稳定定流流动动。几几个个基基本本概概念念(b)22111122(a)0tu0tuu=f(t,h)=f(t,x,y,z)u=f(x,y,z)二、流速和流量二、流速和流量smqskgqvm3表示，体积流量，用表示，质量流量，用流量VmqqAqGm又又称称质质量量通通量量，单单位位为为 kg/m2 suGAuGAq

2、mAudAAquAV平均流速，单位，单位m/s点速度点速度 u，单位，单位m/s体积流速质量流速流速u三三、粘粘性性牛牛顿顿粘粘性性定定律律 y u x u=0 内部存在内摩擦力或粘滞力内内摩摩擦擦力力产产生生的的原原因因还还可可以以从从动动量量传传递递角角度度加加以以理理解解:u dydu-牛顿粘性定律单位面积上的内摩擦力，2mN速度梯度动力粘度简称粘度非非牛牛顿顿型型流流体体 塑性流体塑性流体 牛顿流体牛顿流体 涨塑性流体涨塑性流体 假塑性流体假塑性流体 du/dydydux衡衡量量流流体体粘粘性性大大小小的的一一个个物物理理量量 sPamsNmsmmNdydu22cPP1001 cPPs

3、Pa1000101 属属物物性性之之一一，由由实实验验测测定定、查查有有关关手手册册或或资资料料、用用经经验验公公式式计计算算。粘粘度度：物物理理意意义义：单位：单位：获获取取方方法法：影影响响因因素素：主要有体系、温度、浓度主要有体系、温度、浓度 GLT ,P(泊)-达因.秒/厘米2 cP(厘泊)不同流体的粘度差别很大。在压强为101.325kPa、温度为20的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为：空气 17.910-6 Pa s，14.810-6 m2/s 水 1.0110-3 Pa s，1.0110-6 m2/s 甘油 1.499Pa s，1.1910-3 m2/s运动粘度单位：

4、1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s1.3.1 质质量量衡衡算算方方程程-连连续续性性方方程程 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒三大守恒定律三大守恒定律一一、管管内内流流动动的的连连续续性性方方程程1AudA2AudA0 VdVt 质量衡算方程：0 随时间的变化率随时间的变化率控制体内的质量控制体内的质量的质量流量的质量流量输入控制体输入控制体的质量流量的质量流量输出控制体输出控制体控制体：在流场中任意划定一个封闭空间作为研究对象,称这个空间为控制体。(b)2211 1 控制体 2 1 2对对于于管管道道内内稳稳定定流流动动，/t=0，上上式式变变为为：1=2=

5、常数2211AuAu对对圆圆管管222211dudu 21mmqq222111AuAu 输入流量输入流量输出流量输出流量 2AudA1AudA-管内流动的 连续性方程A1A2A3u1u2u3液体种类及状况液体种类及状况 常用流速范围常用流速范围/m/s水及低粘度液体水及低粘度液体 1.51.53 3自来水（自来水（3 310105 5PaPa）1 11.51.5水水 高粘度液体高粘度液体 0.5-1.00.5-1.0低压气体低压气体 8 81515压力较高的气体压力较高的气体 15152525饱和水蒸气饱和水蒸气（0.8Mpa0.8Mpa）40406060饱和水蒸气（饱和水蒸气（0.3Mpa0

6、.3Mpa）20204040过热水蒸气过热水蒸气 303050 50 某些流体在管道中常用的流速范围某些流体在管道中常用的流速范围y密度小，流速取大；易沉淀，流速不宜取大；密度小，流速取大；易沉淀，流速不宜取大；粘粘度小，流速取大；大流量，长距离，得考虑度小，流速取大；大流量，长距离，得考虑年操作费年折旧费为最小年操作费年折旧费为最小 qm1 qm qm2 思考：如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？21mmmqqq2211AuAuuA 欧拉平衡方程欧拉平衡方程 Z=-g X=0 Y=0 推出静力学方程 p1+gZ1=p2+gZ2 单位质量流体的总势能：对同种静止的不可压缩流体 虚拟压强P=p+gZ处处相等gzp机械能守恒 从牛顿第二定律出发，先假设流体粘度为零，导出理想流体的机械能守恒，得到相应的方程，经粘度修正，用于实际流体。在运动流体中，取一立方微元，假设粘度为零，微元表面不受剪应力。在运动流体中各力不平衡，造成加速度du/dt。体积力+表面力=质量加速度 （静止的流体微元 体积力+表面力=0）