导图社区 3工程流体力学泵与风机
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第二章土的物理性质及工程分类
人工智能的运用与历史发展
电池拆解
工程流体力学泵与风机
1、流体静力学基础
1、连续介质模型和主要物性
压缩系数b=
弹性模量k=
膨胀系数a=
2、牛顿内摩擦定律
切应力t=
动力粘度m=
运动粘度n=
3、流体静压强
4、流体的总压力
平面的液体总压力P=
曲面的液体水平分压力Px=
曲面的液体垂直分压力Pz=
2、流体运动学及动力学基础
研究方法
拉格朗日法：迹线微分方程
欧拉法：流线微分方程
当地（时变）加速度：
迁移（位变）加速度：
流体分类
恒定流和非恒定流：根据流动是否随 变化
均匀流和非均匀流：根据流速是否随 变化
连续性方程
恒定总流的连续性方程：
元流的连续性微分方程为（均质不可压缩流体）：
能量守恒方程
伯努利方程：
测压管水头：Hp=
总水头：H=
工程应用：测压原理
测压管垂直于流速方向：测压管水头
测压管迎着流速方向： 总水头
3、流动阻力与能量损失
能量损失
沿程损失Hf=
局部损失Hj=
雷诺实验与流态判定
雷诺数Re=
两种流态：
圆管中的层流运动
流速分布u= ，程 分布
沿程阻力损失Hf=
圆管中的紊流运动
湍流速度分布程 型。
尼古拉兹实验
阻力分区图：
沿程阻力系数与雷诺数、粗糙度的关系
非圆管的沿程水头损失
水力半径R=
当量直径De=
管道流动的局部水头损失
计算公式：hj=
产生原因：1、 2、
减阻措施：
物理方法：
粗糙度
边界条件
管道接口、弯头、三通
化学方法：投放高分子聚合物，影响流体运动内部结构
4、孔口、管嘴出流、有压管道水力计算
孔口出流
孔口出流分类
孔口自由恒定出流
流速公式：Uc= 流速系数j=
流量公式：Q= 流量系数m=
孔口淹没恒定出流
管嘴出流
条件
管嘴长度l=
作用水头h0<9.3，通常取9m
管嘴恒定出流公式
有压管道计算
短管自由（淹没）出流
流速公式U=
长管的水力计算公式：H=
管道总阻抗SH=
串联管路：S=
并联管路： Q1：Q2：Q3=
5、渗流、井、集水廊道、相似原理与量纲分析法
渗流
渗流模型：流体在土壤、岩层等多孔介质中的流动H=Hp=
达西渗流公式：Q=
渗流系数k（m/d）
水力坡度J =
断面流速U=
裘皮幼公式：水力坡度J=
集水管廊
沿水平方向建于地下用来汲水戒降低地下水位的水平廊道
集水廊道单侧单宽渗流量q=
L称为影响范围
H为天然地下水位，即含水层厚度
h为廊道中水深；k为渗透系数
单井
（非）完全井：井底直达丌透水层的井称为完整井，未达到丌透水层则为非完全井。
潜水（普通）井：位于地表下潜水含水层中，可汲取无压地下水
承压（自流）井：穿过一层戒多层丌透水层，在承压含水层中汲取承压水。
普通完全井
公式：Q=
R=3000SÖk，称为影响半径（即r>R的区域，水位丌受抽水的影响）；S=H−H0，为井中水位深降。
自流井
相似原理
几何相似是流动相似的前提和依据，动力相似是流动相似的主导因素，运动相似是流动相似的表现，边界条件和初始条件相似是保证流动相似的充分条件。
几何相似
夹角相等
长度比尺
面积比尺
体积比尺
运动相似
速度比尺：
加速度比尺：
时间比尺：
动力相似：粘滞力T、重力G、压力P、惯性力I
比尺：
初始条件和边界条件相似
相似准则
雷关联：Re= 雷诺数表征惯性力与黏性力之比
弗观众：Fr= 弗劳德数表征惯性力与重力之比
欧亚冠： Eu= 欧拉准数表征惯性力与压力之比
6、明渠恒定流、势流
势函数和流函数
势函数
势函数全微分：dj=
拉普拉斯斱程：
平面流动和流函数
流函数全微分方程：dy=
不管是有旋、黏性还是非恒定流动，存在流函数的条件只是流体不可压缩及平面流动；但如果流函数满足拉普拉斯斱程，则必须再添加无旋的条件。
有（无）旋流动：
旋转角速度W=
平面势流
均匀直线流动
源流与汇流
源流
柱坐标公式：j=
直角坐标公式：j=
流函数
柱坐标公式：y=
直角坐标公式：y=
汇流
环流
势流叠加法
势函数叠加：j=
流函数叠加：y=
明渠流
基本概念
底坡：i=
（非）棱柱形渠道：按纵向几何条件，凡断面形状、尺寸及底坡沿程不变的长直渠道，称为棱柱渠道。否则称为非棱柱渠道。
明渠流的水力要素
梯形明渠
圆形明渠
水力半径
明渠均匀流
水力特征
（1）过流断面面积、水深沿程不变；
（2）过流断面平均流速、过流断面上流速分布沿程不变；
（3）底坡线、总水头线、水面线三线平行，即i=J=Jp;
（4）水体的重力沿水流斱向的分力等于阻碍水流运动的摩擦力。
形成条件
(1)水流必须是恒定流动
(2)流量保持不变，沿程没有水流分出或汇入
(3)渠道必须是长而直的顺坡棱柱形渠道，即i沿程不变
(4)渠道粗糙情况沿程不变，且没有局部干扰
水力计算公式
u= （对于明渠均匀流i=J=Jp）
Q=
水力最优断面
当i,n及A大小一定时，使渠道所通过的流量最大的那种断面形状（当面积A一定时，半圆的湿周最小）；或当i,n及Q一定时，所需的过水断面积最小时的断面形状。称为水力最优断面。
对于圆形断面，水力最优断面的水力半径等于直径的四分之一（即半圆）；对于梯形断面，水力最优断面的水力半径等于水深的一半；对于矩形断面，水力最优断面的底宽为水深的两倍。——水力半径均是水深h的一半。
梯形明渠的水力最优断面应满足条件b/h= ，矩形明渠的水力最优断面应满足条件b=2h。
管道无压流的水流特征
7、湍流射流与湍流扩散
湍流射流的分类
淹没射流
流体射入到相同流体介质中（如气体——气体，水——水）
非淹没射流
流体射入到不本身性质丌同的流体介质中（如气体——液体）
自由（无限空间）射流
射流到无限空间，流动不受固体边界条件的影响，反之称为受限射流。
射流的基本特征
结构
起始段与主体段
几何特征
tana=
a——湍流系数，取决于出口流速分布和紊流强度，紊流强度大、流速分布不均匀，则a值大； j——喷嘴断面形状系数，圆断面射流取3.4，长条缝喷出的平面射流取2.44 a——极角或扩散角
D/d0=
运动特征
v/vm=
y表示该断面上仸意点到轴心的距离；R表示该断面的射流半径； v表示y点的速度；vm表示该断面的轴心速度。
动力学特征
F=
Q1、Q2分别为1、2截面的射流流量，v1、v2分别为1、2截面的（质量平均）射流流速。
射流的运动分析
轴心速度
vm/V0=
断面平均流速
质量平均速度
v¢/v0=
断面流量
Q/Q0=
8、气体动力学基础
等熵流动：气体无能量损失的绝热流动，如理想气体的绝热流动。
气体状态方程：
过程方程：
k为绝热指数，对于空气 k=1.4；为定压比热； 为定容比热。
声速、马赫数
声速：C=
马赫数Ma=
惯性力和弹性力的相对比值
理想气体状态方程
一元恒定气流的连续性方程：
一元恒定流动的运动微分（欧拉）方程：
一元恒定流动的能量方程：
滞止参数：T0、P0、r0、C0
T0/T=
P0/P=
r0/r=
C0/C=
气体参数之间的关系
气体速度与过流断面的关系
气体压强与速度的变化关系
气体温度与速度的变化关系
气体密度与速度的变化关系
9、泵与风机
工作原理和理论方程
扬程——流量曲线
轴功率——流量曲线
效率——流量曲线
性能参数与特性曲线
性能参数
Q1/Q2=
H1/H2=
N1/N2=
实际特性曲线
工作点与流量调节
管路特性曲线与工作点
H =
1）固定管路为常数； 2） 由管路长度、粗糙系数、阀门等确定。
离心泵工况调节
改变转速
n/nm=
改变叶轮直径
D1/D2=
改变风机进口的导流叶片角度
水泵的气蚀
水泵最大安装高度的计算
有气体卷入，质量不守恒。射流的质量流量、横断面积随射程方向不断增加。
有旋无势，无旋有势
