流体流动思维脑图思维导图
流体静力学与流体流动的基本方程全内容讲解
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思维导图大纲
第一章：流体流动（Fluid flow）思维导图模板大纲
1.1流体的重要性质 (Important properties of fluids)
1.1.1连续介质假定 (Continuum assumption)
连续介质假定：将流体视为充满所占空间的、由无数彼此间没有间隙的质点组成的连续介质，表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间上是连续的分布函数。
流体质点：由大量分子构成的流体微团，其宏观尺度很小，但远大于分子的平均自由程。
限制性：分子的自由程大到可同设备的特征程度相比拟时，连续介质假定不再成立，所以连续性假定存在局限性。
1.1.2流体的密度和体积比 (The density to volume ratio of a fluid)
流体的密度：单位体积流体具有质量 ρ = m/V
比体积定义：单位质量物料所具有的体积 v=V/m=1/ρ
1.1.3流体的黏度 (Viscosity of fluid)
定义：运动着的流体内部相邻流体层间的相互作用力称为流体的内摩擦力。流体在流动时产生内摩擦力的性质叫做粘性。黏性是流动的反面，衡量黏性大小的物理量是黏度。
牛顿粘性定律（Newton's law)： τ=μduₓ/dy
单位换算:1atm =101325Pa =101.3=10.33 mmHg=H₂O=1.033 kfg/cm²
理想流体：不具有粘性，流动时不产生摩擦阻力的流体。
1.2流体静力学(Fluid statics)
1.2.1作用在流体上的力 (Forces exerted on fluids)
质量力（mass forces):不需要直接接触二作用于流体的所有质点的力，例：重力、惯性力、电磁力。
表面力（surface forces）：指与流体质点接触的外界(如器壁或流体质点周围的其他流体)施加于流体质点表面上的作用力。
1.2.2静止流体的压力特性 (Pressure characteristics of stationary fluids)
绝对压强=当地外界大气压强+表压强 (absolute=atmospheric+ gauge) 绝对压强 =当地外界大气压强 一真空度 (absolute = atmospheric - vacuum)
1.2.3流体静力学方程 （equation of fluid statics）
流体静力学基本方程 （basic equation offluid statics）
P₂=P₁+ρ（z₁-z₂）g P₂-P₁/ρg=z₁-z₂=h Pa
1.2.4流体静力学方程的应用 (Application of hydrostatic equilibrium)
压力与压力差的测量 （Mznometers）
1.U管压差计：要求指示剂a的密度大于被测流体o的密度，且不与被测流体o互溶。 P₂-P₁=(ρₐ-ρₒ) gR (ρₐ＞＞ρₒ)
2.倾斜液柱压差计（inclined manometer）：当被测量的流体压强差或压强较小时采用。 R'/R=1/sinα
3.双液U管压差计（two-liquid manometer):当被测量的流体压强差或压强较小时，或压差计读数很小时采用。 P₁-P₂=（ρₐ-ρₑ）gR R'=R/(d/D)²
液体的测量 （Measurement of liquid level）
h=(ρₐ-ρ)R/ρ
液峰高度的计算 （liquid seal of equipment）
1.3流体流动概述 （Fluid flow overview）
1.3.1 定态与非定态流动 （Steady and unsteady state flow）
定态流动：流体流动的系统中，任一固定点的所有物理量不随时间变化。
非定态流动：流动过程中任一截面上的这些物理量随时间而改变。
1.3.2 流量和平均流速 （Flow rate & average velocity ）
1.流量（flow rate）：ωs=Vsρ ωs-质量流量（mass flow rate） Vs-体积流量（volumetric flow rate）
2.流速（velocity,u）：u=Vs/A=ωs/ρA 圆形管道：u=Vs/【(Π/4)d²】=4Vs/Πd² d=a-2b
1.3.3流体流动的形态 (Types of fluid flow)
1.雷偌数Re：duρ/μ
Re＜2000，滞留，2000为临界流速
2000~4000,过渡状态（不稳定状态）
Re＞4000，湍流（工业输送流体的大多形态）
2.当量直径（equivalent diameter）：dₑ=4r r=A/Lp A-流道的截面积,m² Lp-流道的润湿周边长度,m
1.4流体流动的基本方程 （The basic equation of fluid flow）
1.4.1流动系统中的物料衡算 ———连续性方程 （Continuity equation）
ωs=ρ₁u₁A₁=ρ₂u₂A₂=...=ρuA=常数
定态流动连续性方程
ω₁ =ω₂
Vs₁ ρ₁ =Vs₂ ρ₂
A₁ u₁ ρ₁ =A₂ u₂ ρ₂
圆管内不可压缩流体的定态流动
u₁/u₂=d²₂/d²₁ d-管内径
1.4.2流动系统中的能量衡算 ——伯努利方程 （Bernoulli equation）
流体流动过程的实质是：能量的转化过程
能量 Energy
内能 internal energy
机械能 mechanical energy
位能 potential energy
动能 kinetic energy
静压能 static pressure energy
流动系统的总能量衡算方程：gz₁+u₁² /2+P₁/ρ+We=gz₂+u₂² /2+P₂/ρ+∑hf
单位时间内输送机械所做的有效功称为有效功率，以Ne表示，即：Ne=Weωe N=Ne/η
1.6流体在管内流体的阻力 （Fluid resistance in a tube）
1.6.1管内阻力的分类 （Classification of resistance in tubes）
∑hf=h'f+hf
1.6.2 流体在直管中的摩擦阻力 (Fluid friction in straight pipes)
（P₁-P₂）/ρ=hf → P₁-P₂=ρhf=-Δp
hf=ΔPf/ρ=λLu²/d2
层流：λ=64/Re
湍流：λ=f(Re，e/d) 查表
1.6.3管路上的局部阻力 （Local resistance）
阻力系数法
h'f=∑ ζu²/2
出口：ζ ₀ =1.0
进口：ζi=0.5
当量长度法
h'f=λ∑ Leu²/d2 Le查图
1.6.4管路系统的总能量损失 （Total energy loss of piping system）
∑hf=hf+h'f=[λ(∑Li+∑Le)/d+∑ζi]u²/2
1.7管路系统的计算 （Calculation of piping system）
1.7.1 简单管路计算 （Calculation of simple pipeline）
Vs=4Π/d²u
gz₁+u₁² /2+P₁/ρ+We=gz₂+u₂² /2+P₂/ρ+∑hf
λ=f(Re，e/d)
1.7.2 复杂管路计算 （Calculation of complex pipeline）
并联管路：∑ hf,A-B=∑ hf,₁ =∑ hf,₂
分支管路：Vs=Vs,B+Vs,C
1.8流速和流量的测量 (Measurement of velocity and flow rate)
1.8.1 测速管 (Pitot tub)
Ur=C√ 2(ρA-ρ)gR/ρ
1.8.2 孔板流量计 (Orifice Meter)
u² ₒ -u₁² =2(P₁-Pₒ)/ρ
Vs=CₒAₒ√2gR(ρA-ρ)/ρ
1.8.3 文丘里流量计 （Venturi Meter）
Vs=CvAₒ√2(P₁ -Pₒ )/ρ
1.8.4 转子流量计 (Rotameter )
Vs=CtAr√2Vf（ρf-ρ）/ρAf
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