流体力学基础：连续性、伯努利与静压/动压/全压口径

课程大纲

• 能用连续性方程在变截面处换算流速，并说清体积流量与质量流量各自在什么场合守恒
• 能写出伯努利式并说明静压、动压、全压三者的关系与各自的物理含义
• 能判断一个给定的压力数据是表压、绝压还是差压，参考基准是什么
• 能为一段管路/风道选对取压方式（静压孔 / 皮托管 / 皮托静压管），并给出安装约束
• 能识别「用全压评价风扇能力」「拿静压当全压去算系统阻力」这类口径错误，并算出它们的量级后果

1. 连续性：流量在哪守恒、在哪不守恒
   • 质量守恒 ρ₁A₁v₁ = ρ₂A₂v₂ 是通式；不可压假设成立时才退化成 A₁v₁ = A₂v₂
   • 不可压假设的边界要按介质全集逐类点名，别沿着「水和空气」一条线索枚举：①液体（水、乙二醇水溶液、冷却油）基本恒成立；②空气侧看马赫数，车用风道/前端流速下 Ma≪0.3，按不可压处理——严格的总压是**滞止压力**，p+½ρv² 只是它在低 Ma 下的近似（Ma=0.3 时按不可压算的动压已偏低约 2%，0.3 这条线正是这么来的）；③**制冷剂两相段直接失效**：密度沿程剧变叠加相变，本课的伯努利与不可压连续性一律不适用，去 A2-03（两相流基础）与 C1-04（制冷剂路径压降与均流）
   • 变截面处的流速换算：扁管、集管、渐缩渐扩风道，截面一变流速就变、动压跟着平方变
   • **体积流量与质量流量不可混用**：风量常按 m³/h 给（体积），而热账要的是 ṁ（质量）——温度一变密度就变，同一个 m³/h 在 −20℃ 与 40℃ 下差约 24% 的质量流量（理想气体按 ρ∝1/T：313.15/253.15≈1.24，承接 A1-07 物性）；一旦改用「标况体积流量」（Nm³/h、SCFM）报数，还要把**基准**一并声明——基准温度取 0℃ 还是 20℃（个别行业按 15℃）视行业与仪表而定，不写基准就换不回质量流量
   • 并联分支处的流量守恒是列管网方程的第一条约束（去向 A2-01）
2. 伯努利与三个「压」：静压、动压、全压
   • 理想伯努利：p + ½ρv² + ρgz = 常数；三项各自的量纲都是压力，可以直接相加相减
   • **静压 p** ＝流体自身的压力，垂直于流动方向测得；**动压 ½ρv²** ＝速度携带的那部分；**全压 p_t = p + ½ρv²** ＝二者之和，也叫总压
   • 重力项 ρgz 在车用水路上要算（膨胀壶高差、冷板与散热器落差），在空气侧一般可略
   • **真正的压降是全压损失，不是静压差**——截面变化会让静压与动压互相转换，只看静压会把「能量转换」误读成「能量损失」
   • 口径统一的两条硬规矩：①比较两个断面必须用同一种压；②风扇曲线、系统阻力线、部件 Δp 曲线三者必须口径一致才能求交（去向 A2-02、A2-05）
3. Re、边界层与流动分离：动量侧的定性图像
   • Re = ρvd/μ 的物理含义：惯性力与黏性力之比；它决定的不只是 f，还有整个流动的形态
   • 边界层的发展与入口段：进口一段距离内速度型还没长成，换热与阻力都与充分发展段不同（这正是 A3-03 讲的「加厚有入口效应致 j 衰减」的来源）
   • 流动分离：逆压梯度下贴壁流体被顶回来，尾涡区形成——突扩、急弯、翅片前缘、格栅后都会发生
   • 分离一旦发生，局部阻力 K 值就不再是几何的简单函数，这是 A2-01 里「三通 K 值随流量比变甚至变号」的根
   • 定性判据够用就好：本课不推导 N-S 方程，只要能看图说出「这里会不会分离、分离了会怎样」
4. 压力怎么测出来：取压方式、参考基准与安装约束
   • **参考基准三选一先说清**：表压（以当地大气为零）、绝压（以真空为零）、差压（两点之差）——同一个数换个基准差一个大气压，冷媒侧的低压侧尤其容易翻车
   • **静压孔取压**：孔要垂直于壁面、孔口无毛刺、孔径小（一般 ≤1~2 mm）、内壁齐平；毛刺或斜孔会把一部分动压掺进来，测出的既不是静压也不是全压
   • **皮托管**测全压（正对来流），**皮托静压管**同时取全压与静压、差值直接给动压 → 由动压反算流速；二次仪表侧同样带口径：微压差计/差压变送器要按被测动压量级选量程（面风速 3~8 m/s 对应动压仅约 5~40 Pa，量程选大了分辨率吃不住），并说清接的是差压还是表压；低风速端动压掉进量程下限时改用热线/热膜风速仪补位——它给的是速度不是压力，换回动压要另取 ρ 并单独声明口径
   • 取压位置：避开弯头、阀、突扩的下游扰动区，上下游各留足直管段（工程惯例上游约 10D、下游约 5D——这是经验值，**不是 ISO 5167 的规定**：ISO 5167 的直管段表只管圆形满管里的孔板/喷嘴/文丘里等节流件，长度随 β 与上游件型式变化、常远长于 10D；风道内皮托静压管的测点布置按 ISO 3966 的速度面积法取）
   • 总压恢复：扩压段把动压换回静压，恢复率取决于扩张角与是否分离——这是前端进气与风道设计的常用杠杆
   • **与 G12-01 的分工**：那门讲取压口的三种病（脉动、油堵、结冰）属可靠性层，本课讲的是口径层
5. 口径在整车热管理里的落地与错误复盘
   • 风扇曲线该看静压还是全压：**用全压评价风扇会系统性高估能力**——出口动压没转成有用功就散掉了（这条结论 G6-01 §1.1 已在风扇语境讲透，本课把它扩到泵/水侧并收为全站唯一权威出处）
   • 系统阻力线与泵/风扇曲线求交前，先确认两条线是同一种压——口径不一致求出来的工作点是假的；把实测系统阻力换算到供应商曲线的口径时，按 GB/T 1236 体例的定义走：**风机静压 ＝ 风机全压 − 风机出口动压**（出口动压按风机/护风罩出口断面算），**不是**「出口静压 − 进口静压」——进口接风道时进口动压不为零，两者差一个进口动压，照后者换算正好把本课要防的错重做一遍
   • NPSH 里的静压项：气蚀判据看的是泵入口的**静压**相对饱和蒸气压，不是全压（去向 G5-04）
   • 冷媒侧压力表读的是表压，而物性表按绝压查——低压侧接近大气时相对误差最大（去向 A1-04/A1-07）
   • 复盘一个典型口径事故：拿风道内某点静压当全压去算系统阻力，得出的风量目标偏高，选出的风扇装车后达不到——查了半年硬件，病根在一个压力口径；同类事故的另一大发源地是**仿真侧**：1D 流网工具的压力边界要说清给的是静压还是全压、表压还是绝压，CFD 后处理里的 pressure 默认是相对 operating/reference pressure 的相对值（即表压），直接拿去与实测绝压对账就差一个大气压——仿真结果看着更「干净」，反而更容易被无条件信任（去向 J2-01）

• **拿静压当全压**：这是本课要防的头号错误——风扇能力被高估、系统阻力被低估，两头一起偏，而且现象是「装车后风量不够」，很难反查到口径上
• **表压/绝压不分**：物性表按绝压查、压力表读表压，低压侧接近大气时相对误差最大
• **体积流量当质量流量用**：风量 m³/h 是体积口径，热账要 ṁ；温度一变密度就变，同一个 m³/h 在 −20℃ 与 40℃ 下质量流量差约 24%（按 ρ∝1/T：313.15/253.15≈1.24）
• **静压孔加工不合格却照常取数**：孔有毛刺、不垂直、孔径过大，测出的既不是静压也不是全压，而数据看上去完全正常
• **取压位置贴着弯头/阀下游**：扰动区里的压力没有代表性，上下游直管段要留够
• **把静压差直接当压降**：渐缩段静压下降是动压换上去了，不是损失；这一条在扁管进出口最常踩

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