流体流动知识思维导图

本图对流体流动的整章知识进行了全面的总结，内容包括流体静力学、流体流动的守恒原理、内部结构 、阻力损失等，并插入图示进行辅助性的说明，帮助大家有效直观的了解到该章节知识的总体结构，公式内涵。

流体流动

流体静力学

方程



使用条件：重力场

静止的

连续的

同一种

不可压缩流体

讨论



压强可以用液柱高度来表示，但必须表明液体种类

在同种静止的不可压缩流体中，各点的总势能处处相等

子主题

原理应用

压强以及压差的测量

测压管





U型测压管

U型压差计



液位的测量

液封高度的计算

液封



大气腿



应用：主要用于从负压状态排除冷凝水

流体流动的守恒原理

物理量

流量

单位时间内流过管道某一截面的流体量

体积流量：qv m3/s m3/h

质量流量：qm kg/s kg/h

qm＝qv ρ

流速

单位时间内流体在流动方向上流经的距离

点速度 u m/s

平均流速 ＝qv/A m/s

质量流速 G＝qm/A G＝平均流速×ρ kg/m2•s

质量守恒方程

输入量＝输出的量＋积累的量

连续性方程 ρ1u1A1＝ρ2u2A2＝qm

讨论

不可压缩流体u1A1＝u2A2＝qv

在圆管内流动 u1×d1的平方＝u2×d2的平方

机械能守恒



应用

z确定相对位置

p确定管路中流体的压强

u确定流量

he确定输送机械

hf确定管路

伯努利方程



静力学原理



流体流动的内部结构

层流

雷诺准数Re＜2000

质点只有轴向运动，没有径向运动

能量传递

分子引力

分子运动、碰撞

L0≈（50～100）d

速度分布



湍流

Re＞4000

既有横向运动，又有径向运动

能量传递

分子引力

分子运动、碰撞

质点的径向脉动

速度分布



边界层

u＝0.99u0

du/dy 大

分离

分离条件

流体具有粘性

流动过程中存在逆压梯度

分离后果

产生大量漩涡

造成较大的能量损失

流速和流量的测量

毕托管





毕托管测量流体的点速度，可测速度分布曲线



安装

必须保证测量点位于均匀流段，要求测量点的上下游至少要有（8～12）d以上的直管距离

必须保证内管口截面严格垂直于流动方向，否则测量存在误差

测速管径d0应小于管径d的1/50



孔板流量计



优点

构造简单，制造和安装都很方便

缺点

机械能损失大

文丘里流量计

优点

能量损失小

缺点

设备大，安装复杂，适用范围受限

转子流量计





流体输送管路的计算

简单管路

关小阀门

流量、流速降低

阀前压强升高，阀后压强降低

总机械能损失升高，阀门处的局部阻力升高，直管阻力损失降低

qv👇u👇pA👆pB👇hf👆

复杂管路

分支管路

关小阀门

总流量和该支管流量降低其它支管流量升高

阀前压强升高，阀后压强降低

关小阀门2 qv0👇qv2👇qv3👆p0👆

汇合管路



关小阀门 p0👆



并联管路



hf1＝hf2＝hf3



阻力损失



层流区 Re＜2000



过渡区 2000＜Re＜4000



湍流区 Re＞4000



局部阻力损失

阻力系数法



当量长度法





因此分析法

经过适当的变换，物理方程总可以改成为无因次数群

优点

变量数变少了可以大大减少实验的工作量

缺点

若过多地引入了一些关系不大的物理量，常常会增加分析上的复杂性；若遗漏了实际上有关的物理量（特别是当过程涉及无因次的物理量时），则可能导致严重的失误。



注意

流程图：表明流动方向

选择截面

均匀流段，与流动方向垂直

两截面间流体必须连续、满流

应将已知与所求包括在两截面内

按流动方向顺序标注

水平基准 与地面平行，最好选地面

列方程 Hf与截面对立

求解 亚强要表示一致

截面选取原则：要与流动的方向垂直，1为上游截面，2为下游截面

qm＝平均流速×A×ρ