第一章  流体力学

   流体力学是研究流体的平衡和机械运动规律以及在工程中应用的一门学科。

流体的性质：

1、受到到微小剪切力的作用，就会发生变形，即流动。

2、不能承受拉力，但可以承受压力。

3、通常具有一定的体积，并具有自由表面。

流体力学的必要性：

    在给水排水工程、供热通风工程及城市燃气工程中，管道内流体的工作介质都是流体。如：生活、生产用水的供给，污水、雨水的排放，热能的供应，通风及空气调节等都离不开流体。

  

第一节   流体动力学的基本概念

1、恒定流与非恒定流

  （1）、恒定流：流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变。

  （2）、非恒定流：流体的某一部分或全部运动要素随时间变化。

2、一元流动、二元流动和三元流动

       根据运动要素的空间维数来分类在研究管道与渠道中

一元流动：运动要素是一个空间坐标的函数

二元流动：运动要素是两个空间坐标的函数

三元流动：运动要素是三个空间坐标的函数

 

3、流线、均匀流等

流线：某一瞬间在流场中绘出的所有质点的流速矢量都与之相切的一系列曲线。

均匀流：若诸流线是平行直线且质点流速沿程不变，这种流动称为均匀流。

渐变流：流线近似于平行直线，流体在等截面有限长直管中的流动。

急变流：流线程平行直线，指点流速线、沿流线有显著变化。当流体通过三通、 弯头、、阀门、变径管等局部构件时可看作是急变流。

 

4、流管、元流和总流

   在流场中任取一非流线的封闭曲线，过曲线上各点的流线所构成的管状表面称为流管。流管及内部流体称为流束。

   恒定流是流管的形状不随时间变化。

   过流断面：流束上与流线正交的横断面。

   在流线相互平行时，过流断面是平行面；流线相互不平行，过流断面为同面。

   元流：指过流断面无限小时流管及内部的流体，断面上各点的运动参数均相同。

  总流：指过流断面为有限大小的流管及其内部的流本，是由无数元流构成，断面上各点运动参数一般情况下不相同。

 

  （1）、流量

     单位时间内通过某一过流断面流体的体积为体积流量Q，单位（m2/s）.

    

 

    有时，流量用单位时间内通过某一过流断面的流体质量来表示，称为质量流量Qm，单位（Kg/s）。

   （2）、断面平均流速

   总流过流断面上各点的流速u一般是不相等的。为了便于计算，设想过流断面上流速r均匀分布，通过的流量与实际流量相同。

 

第二节  能量方程

 

 理想流体元流伯诺里方程

适用的条件：1、恒定流  2、不可压缩流体  3、质量力仅重力  4、微元的流束

 

 

 

 

 

 

 

实际流体元流的伯诺里方程：

1、实际流体具有粘性，运动时产生流动阻力，克服阻力作功，使流体的一部分机械能不可逆转的转公为热能而损失。

2、粘性流体流动时，单位重量流体具有机械能沿程不守恒，而是减少，总水头线不是水平线而是沿程下降。

 

 

 

第三节  水头损失

 

   实际流体都具有粘性，在流动过程中流体与固体的边界之间及速度不同的流层之间均会出现切应力，表现为阻力。阻力过程中将使流体的一部分机械能不可逆转的形成能量损失。

  水头损失：单位重量流体的能量损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。

  沿程水头损失：由于在管道上受到沿程不变得切应力，流体克服沿程阻力而引起的能量损失。

  局部水头损失：因固体边界的急剧改变引起流速分布的突然变化，使流体在局部地方受到障碍和干扰时所产生的阻力，流体克服阻力时所产生的比较集中的能量损失。