空气的性质和流动规律.ppt

空气流动的流体力学原理主要内容：主要内容：l空气的性质空气的性质 l空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量l空气管流的静压、动压和全压空气管流的静压、动压和全压l空气管流的流动阻力和能量损失空气管流的流动阻力和能量损失.1 1 空气的性质空气的性质一、空气及其组成一、空气及其组成 1.1.空气是一种物质。空气是一种物质。2.2.空气的组成：空气的组成：3 3部分部分 a、干洁空气；b、水汽；c、悬浮微粒。（固态微粒、液态微粒）-空气的本底物质(本底浓度)。.1 1 空气的性质空气的性质3.3.从空气组分是否变化上从空气组分是否变化上 a、恒定组分：如氮气、氧气、氩气及稀有气体；b、可变组分：CO2、水汽；c、不定组分：悬浮微粒。.1 1 空气的性质空气的性质二、空气的密度和重度二、空气的密度和重度1.1.密度密度 单位：单位：kg/mkg/m3 3；符号：；符号：如：空气的密度：如：空气的密度：a=1.2 kg/mkg/m3 3 水的密度：水的密度：水水=1000 kg/m=1000 kg/m3 32.2.重度重度 单位：单位：N/mN/m3 3；符号：；符号：如：空气的重度如：空气的重度 a a=11.77 N/m=11.77 N/m3 3.1 1 空气的性质空气的性质 3 3、重度和密度的关系：、重度和密度的关系：=g 4 4、重度的工程单位制：、重度的工程单位制：kg/mkg/m3 3 如如:空气的重度空气的重度 a a=1.2 kg/m=1.2 kg/m3 3.1 1 空气的性质空气的性质三、温度和湿度三、温度和湿度1 1、温度、温度 a、摄氏温度、摄氏温度t（）b、绝对温度、绝对温度T（K K）关系：关系：T=273+t （K K）.1 1 空气的性质空气的性质2 2、湿度、湿度 空气中水汽的含量称为空气中水汽的含量称为空气的湿度空气的湿度。a a、绝对湿度、绝对湿度 单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量即单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量即绝对湿度绝对湿度。单位：单位：kg/kgkg/kg或或kg/mkg/m3 3。b b、相对湿度：、相对湿度：空气中水汽的含量达到在该温度下最大值时的气体状态，空气中水汽的含量达到在该温度下最大值时的气体状态，称为饱和状态。称为饱和状态。.1 1 空气的性质空气的性质 在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度，在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度，称为称为相对湿度相对湿度。.1 1 空气的性质空气的性质四、空气的黏滞性四、空气的黏滞性1 1、现象：、现象：问题：在一倾斜面上分别到上问题：在一倾斜面上分别到上水水、油油，谁流的快？，谁流的快？2 2、黏性定义、黏性定义 流体流动时，在流体内部质点间会产生内摩擦力来阻止流体流动时，在流体内部质点间会产生内摩擦力来阻止 流体的相对运动，这种性质称为黏滞性。流体的相对运动，这种性质称为黏滞性。4.4.黏性的意义黏性的意义l空气的黏滞性是空气流动产生阻力的根本原因。空气的黏滞性是空气流动产生阻力的根本原因。.1 1 空气的性质空气的性质五、空气的压缩性和膨胀性五、空气的压缩性和膨胀性1.压缩性压缩性 空气受到压强作用体积缩小、密度增大的特性空气受到压强作用体积缩小、密度增大的特性称为称为空气的压缩性空气的压缩性。2.膨胀性膨胀性 空气因温度增加而体积增大、密度减小的特性空气因温度增加而体积增大、密度减小的特性称为称为空气的膨胀性空气的膨胀性。.1 1 空气的性质空气的性质式中式中 pp空气的绝对压强，空气的绝对压强，N/mN/m2 2；空气的密度，空气的密度，kg/mkg/m3 3；R R气体常数，对于空气气体常数，对于空气R=287Nm/kgKR=287Nm/kgK；T T绝对温度，绝对温度，T=273+tT=273+t，K K；t t空气的摄氏温度，空气的摄氏温度，。3.变化规律：理想气体状态方程变化规律：理想气体状态方程.1 1 空气的性质空气的性质4.空气密度和重度的计算表达式空气密度和重度的计算表达式空气密度：空气密度：空气重度：空气重度：.1 1 空气的性质空气的性质5.可压缩空气和不可压缩空气可压缩空气和不可压缩空气空气的压缩性和膨胀性常用重度或密度是否变化来反映。影响空气重度的因素：影响空气重度的因素：温度；温度；压强压强 可压缩空气：可压缩空气：重度数值变化，具有可压缩性和膨胀性重度数值变化，具有可压缩性和膨胀性 不可压缩空气：不可压缩空气：重度数值重度数值不不变化，属于不可压缩空气，变化，属于不可压缩空气，具有液体一样的性质。具有液体一样的性质。.1 1 空气的性质空气的性质6.通风工程上的标准空气通风工程上的标准空气 温度温度2020，绝对压强绝对压强760mmHg760mmHg，相对湿度相对湿度50%50%的空气的空气定义为定义为通风工程上的标准空气通风工程上的标准空气：l重度重度a a=11.77N/m=11.77N/m3 3l密度密度a a=1.2kg/m=1.2kg/m3 3.1 1 空气的性质空气的性质 六、空气的压强六、空气的压强 1.压强的表示方法压强的表示方法（1 1）绝绝对对压压强强 以以毫毫无无一一点点空空气气存存在在的的绝绝对对真真空空为为基基准准计计算的压强。算的压强。（2 2）相对压强）相对压强 以当地大气压为基准计算的压强。以当地大气压为基准计算的压强。.1 1 空气的性质空气的性质 绝对压强、相对压强、大气压之间的关系：绝对压强、相对压强、大气压之间的关系：相对压强相对压强=绝对压强绝对压强-大气压大气压.绝对压强、相对压强和大气压之间的关系：图绝对压强、相对压强和大气压之间的关系：图1-11-1.1 1 空气的性质空气的性质2.压强的单位压强的单位（1 1）定义单位）定义单位l N/m N/m2 2 即压强的即压强的国际单位制国际单位制。N/mN/m2 2简称帕，符号：简称帕，符号：PaPa。1 N/m 1 N/m2 2=1 Pa=1 Pal kg/m kg/m2 2 此单位即压强的此单位即压强的工程单位制工程单位制 1 kg/m 1 kg/m2 2=9.81Pa=9.81Pa.1 1 空气的性质空气的性质（2 2）液柱高度）液柱高度l毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg）l毫米水柱（毫米水柱（mmH2O）1 mmHg=13.6 mmH2O 1mmH2O=1 kg/m2.1 1 空气的性质空气的性质（3 3）大气压）大气压 l物理大气压（物理大气压（atmatm）l工程大气压（工程大气压（at.at.）1atm=760mmHg=10336 mmH1atm=760mmHg=10336 mmH2 2O=10336 kg/mO=10336 kg/m2 2 1at.=10000mmH 1at.=10000mmH2 2O=1kg/cmO=1kg/cm2 2=9.8110=9.81104 4PaPa =736 mmHg =736 mmHg.1 1 空气的性质空气的性质其他常用的压强单位及单位换算关系：其他常用的压强单位及单位换算关系：l 1 1兆帕（兆帕（mPamPa）=10=106 6Pa Pa l 1 1千帕（千帕（KPaKPa）=1000 Pa=1000 Pal 1 1巴（巴（barbar）=10=105 5 PaPal 1 1托（托（TorTor）=1 mmHg=133.322 Pa=1 mmHg=133.322 Pa.1 1 空气的性质空气的性质 例例 通风管道某断面上空气的压强为通风管道某断面上空气的压强为-100mmHg-100mmHg，空气温度，空气温度2020，当地大气压为，当地大气压为760mmHg760mmHg。求该断面空气的重度。求该断面空气的重度。解：解：因为：相对压强因为：相对压强=绝对压强绝对压强-大气压，大气压，所以，所以，-100mmHg的绝对压强为：（的绝对压强为：（760-100）mmHg。（N/m3）.2 2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量一、空气的流动一、空气的流动 空气流动原因：空气流动原因：力是改变物体运动状态的原因。由于气体压强的不平力是改变物体运动状态的原因。由于气体压强的不平衡，因而引起了空气的流动。衡，因而引起了空气的流动。1.管流管流 空气在管道中的流动，简称为管流。空气在管道中的流动，简称为管流。.22空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量2.射流射流（出风口气流）（出风口气流）空气以一定的速度从管道端头、容器或管道上的条空气以一定的速度从管道端头、容器或管道上的条缝、孔口等处流出，在空气中沿气流运动方向形成一股缝、孔口等处流出，在空气中沿气流运动方向形成一股气流，这股气流称为通风射流气流，这股气流称为通风射流。3.汇流汇流(进风口气流进风口气流)空气由管道进口吸入时，进风口附近的空气流形成空气由管道进口吸入时，进风口附近的空气流形成汇流。汇流。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 二、流量和平均流速二、流量和平均流速 1.1.流量流量 单位时间内通过某有效断面的流体量称为流量。单位时间内通过某有效断面的流体量称为流量。对于空气就是风量。对于空气就是风量。表示方式：表示方式：a.a.体积流量（体积流量（Q Q）：）：m m3 3/s/s b.b.质量流量（质量流量（M M）：）：kg/skg/s.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量关系：关系：（kg/skg/s）（m m3 3/s/s）.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 2.2.平均流速平均流速 平均流速平均流速是描述管道中空是描述管道中空气流速的一个特征值。气流速的一个特征值。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量以以平均流速平均流速V V 流过某有效断面的流过某有效断面的流体量流体量Q Q：式中式中 Q Q 管道某断面的体积流量，管道某断面的体积流量，m m3 3/s/s；VV有效断面的平均流速有效断面的平均流速,m/s,m/s；A A有效断面的断面面积有效断面的断面面积,m,m2 2。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量平均流速平均流速V V的计算：的计算：式中式中 Q Q 管道某断面的体积流量；管道某断面的体积流量；VV有效断面的平均流速；有效断面的平均流速；A A有效断面的断面面积有效断面的断面面积。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 平均速度平均速度V和管道内和管道内最大气流速度最大气流速度Umax的关系的关系：.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量三、连续方程三、连续方程1.通风管道上，任意两断面：通风管道上，任意两断面：1-1断面。断面。2-2断面。断面。空气由空气由1断面断面流到流到2断面断面速度如何变化？速度如何变化？.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量2.从从1-1断面流进的空气质量流量断面流进的空气质量流量M1：M1=Q11=A1V11 从从2-2断面流出的空气质量流量断面流出的空气质量流量M2：M2=Q22=A2V22.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量3.根据质量守恒定律：根据质量守恒定律：M1=M2所以有：所以有：A1V11=A2V22 可压缩空气可压缩空气的连续方程。的连续方程。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 对于不可压缩空气，密度对于不可压缩空气，密度=常数，则常数，则 A1V1=A2V2 不可压缩空气不可压缩空气的连续方程。的连续方程。.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 不可压缩空气的连续方程可变为：不可压缩空气的连续方程可变为：上式表明：上式表明：平均流速与断面面积成反比。平均流速与断面面积成反比。即即断面积大处流速小，断面积小处流速大。断面积大处流速小，断面积小处流速大。A1V1=A2V2.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量例例 某某锥锥形形风风管管，大大端端直直径径为为D D1 1=200mm=200mm，气气流流速速度度V V1 1=10m/s=10m/s，小小端端直直径径为为D D2 2=160mm=160mm。计计算算风风速速V V2 2和和管管道道风风量量Q Q 1 1（m m3 3/s/s）。）。解：解：因为因为.2 空气管流的速度和风量空气管流的速度和风量 Q=AV Q=AV Q Q1 1=A=A1 1V V1 1=0.31=0.31（m m3 3/s/s）（m/s）.