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注册设备师公共基础考试流体力学-流体动力学基础 吴慧芳 南京工业大学环境学院 二零零九年七月 6.2 流体动力学 一、基本概念 1.恒定流与非恒定流 （1）.恒定流：流体流动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素不随时间变化的流动称为恒定流。如图1-6（a）所示。 （2）.非恒定流：流体流动时，流体中任一位置的压强、流速等运动要素随时间变化而变动的流动称为非恒定流。如图1-6（b）所示。 自然界中都是非恒定流，工程中取为恒定流。 2．压力流与无压流 （1）.压力流：流体在压差作用下流动时，流体整个周围都和固体壁相接触，没有自由表面，如供热工程中管道输送汽、水带热体，风道中气体，给水中流体输送等是压力流。 （2）.无压流：流体在重力作用下流动时，流体的部分周界与固体壁相接触，部分周界与气体相接触，形成自由表面。如天然河流、明渠流等一般都是无压流。 3.流线和迹线 （1）.流线：流体流动时，在流速场中画出某时刻的这样一条空间曲线，它上面所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这条曲线相切，这条曲线就称为该时刻的一条流线。欧拉法 （2）.迹线：流体流动时，流体中的某一质点在连续时间内的运动轨迹称为迹线。流线与迹线是完全不同的概念。非恒定流时流线与迹线相重合。拉格朗日法 4.均匀流与非均匀流 （1）.均匀流：流体运动时，流线是平行直线的流动称为均匀流。如等截面长直管中的流动。 （2）.非均匀流：流体流动时，流线不是平行直线的流动称为非均匀流。如流体字收缩管、扩大管或弯管中流动等。它又可分为： 1>.渐变流：流体运动中流线接近于平行线的流动称为渐变流。 2>.急变流：流体运动中流线不能视为平行直线的流动称为急变流。 均匀流和非均匀流 5.元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速 （1）.元流：流体运动时，在流体中取一微小面积dω,并在dω面积上各点引出流线并形成了一股流束称为元流，见图1-7。在元流内的流体不会流到元流外面；在元流外面的流体亦不会流进元流中去。由于dω很小，可以认为dω上各点的运动要素（压强与流速）相等。 （2）.总流：流体运动时，无数元流的总和称为总流。 （3）.过流断面：流体运动时，与元流或总流全部流线正交的横断面称为过流断面。用dω或ω表示，单位为m2或cm2。 均匀流的过流断面为平面， 渐变流的过流断面可视为平面； 非均匀流的过流断面为曲面。 元流与总流 流线与过流断面 （4）流量：流体运动时，单位时间内通过过流断面的流体体积称为体积流量。用符号Q表示。单位是m3/s或L/s。一般流量指的是体积流量，但有时亦引用重量流与质量流，它们分别表示单位时间内通过过流断面的流体重量和质量。 重量流量的单位为N/s。 质量流量的单位为kg/s。 （5）.断面平均流速：过流断面面积乘平均流速v所得到的流量，等于实际流速通过该断面的流量。 断面平均流速计算公式为： 流量、过流断面和平均流速三者之间的关系 二、恒定流的连续性方程式 在恒定总流中任取一元流，如图1-11所示，元流在1-1过流断面上的面积为d1,流速 图 1-10 断面流速 图1-11恒定总流段 为u1；在2-2过流断面上的面积为d2，流速u2。并考虑到： （1）由于流动是恒定流，元流形状及空间各点的流速不随时间变化。 （2）流体是连续介质。 （3）流体不能从元流的恻壁流入或流出。 三 恒定总流能量方程式 1.恒定总流实际液体的能量方程式 1738年荷兰科学家达·伯努里（Daniel Bernoulli）伯努里方程式。 z1、 z2—过流断面1-1、2-2单位重量液体位能，也称位置水头； —过流断面1-1、2-2单位重量液体压能，也称压强水头； —过流断面1-1、2-2单位重量液体动能，也称流速水头； hw1-2—单位重量液体通过流段1-2的平均能量损失，也称水头损失。