大学课件-化工原理-第1章流动3.PPT

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1、1静力学方程的应用 （1）压力测量 测压管和气压计 气压计,测压管,Pa = gh,小结,P = gh（表压）, U形管压差计, 倾斜液柱压差计, 微差压差计, 倒U形管压差计,2. 流体动力学,（1）流量与流速 （2）稳态流动及非稳态流动 （3）连续性方程,（2）液封高度,m,条件： （1）不可压缩理想流体，稳态流动, 与外界无能量交换 （2）不可压缩流体 或压力变化( (P1-P2)/P120%)较小的可压缩流体-气体,（4）柏努利方程,1.3.5 实际流体流动的机械能衡算式,上式中： （1）未考虑实际流体流动的阻力（因有粘度） （2）与外界输入能量的联系，未能关联,若 外界对单位质量流体

2、作功为 ：we 单位质量流体损失机械能 ：,实际流体流动的机械能衡算式,（1）适用条件 重力场中，连续稳定流动的不可压缩流体。 对可压缩流体，若开始和终了的压力变化不超过 20%，密度取平均压力下的数值，也可应用上式。,关于方程的几点讨论：,问题：非稳态流动流体，如何用方程,在微分时间内用总机械能衡算方程，再积分求解。,(2) 本质 任意流动截面上，流体本身机械能与外加功、阻力 损失的关系。 用能过程是能量降级或变质过程 （机械能永久损失）,位头 压力头 动压头 有效压头 压力头损失 （速度头）,位能 静压能 动能 有效功 损失的机械能,式中, 压力降,（3）方程的三种表达形式，单位及意义,

3、静止流体-静力学方程式,静止流体，各截面势能守恒 理想流体-柏努利方程式 指：无阻力损失的流体,理想流体，各截面机械能守衡 结论：各方程一致，有各自的适用范围及解决问题。,（4）两种特例,1.3.6 实际流体流动的机械能衡算式的应用,1. 应用 （1）依题意画出流程示意图，标明流动方向； （2）选取适当截面，与流向垂直； 截面的选取应包含待求的未知量和尽可能多的已知量，如大截面、敞开截面； （3）式中各项的单位相同； （4） 基准一致，压力基准，位头基准； （5）流速使用所选截面上平均速度； （6）有效功率 Pe （7）效率 P-输送机械的轴功率,或,2. 关于流速的说明： 单位质量流体动能

4、流体质量 总动能 单位质量流体平均动能,平均速度,的关系：, 动能校正因子 工程计算中，取值为1,截面选择原则,用泵将水槽中水打到高位槽。真空表读数31925Pa，管路阻力Rf0-2=23u2，管路阻力Rf0-1=4u2 。 问题 （1）管内流速？ （2）泵所做的功？,基准一致，压力基准，位头基准。 通大气的面，压力为大气压。P(g)=0 大截面的流速可忽略不计。u=0 选取适当截面，与流向垂直，条件充分。,3. 实例,（1）牛顿粘性定律,1. 4 流体流动阻力1.4.1 流体的粘性和牛顿粘性定律,速度分布（速度侧形）：速度沿距离的变化关系,牛顿粘性定律：,实测发现：,意义：剪应力的大小与速度

5、梯度成正比 描述了任意两层流体间剪应力大小的关系,2. 流体的粘度,物理意义,动力粘度，简称粘度,（2）单位 SI单位制 ： Pa. S N/m2. s 物理单位制 ： P(泊)- 达因.秒/厘米2 cP(厘泊) 换算关系：1cp=0.01P=10-3Pa.s=1mPa.s,单位：1St=1cm2/s=100cSt =10-4m2/s,(3) 运动粘度,m2/s,(4) 影响因素, 液体 粘度随温度升高而降低，压力影响很小。, 气体 粘度随温度升高而增大，压力影响很小。但在极高压力下，随压力增加有所增加；而在压力极低情况下也要考虑压力的影响。,混合物的粘度，按一定混合规则进行加和 对于分子不聚

6、合的混合液可用下式计算,缺少粘度实验数据时，可按理论公式或经验公式估算粘度。对于压力不太高的气体，估算结果较准，对于液体则较差。,常压下气体混合物的粘度，可用下式计算,(5) 数据来源 各种流体的粘度数据，主要由实验测得,不同流体的粘度差别很大 压强为101.325kPa、温度为20的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为： 空气 17.910-6 Pa s， 14.810 -6 m2/s 水 1.0110 -3 Pa s， 1.0110 -6 m2/s 甘油 1.499Pa s， 1.1910 -3 m2/s,理想流体：=0 du/dy=0 =0 hf=0,3、粘性对流动的影响,随粘度

7、增加或速度梯度增加， 增加， hf增加,实际流体： 0 du/dy 0 0 hf 0,4. 流体类型,（1）牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体。,气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体 （2）非牛顿型流体, a表观粘度，非纯物性, 是的函数,非牛顿型流体 假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。 几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体 胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大 淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体 粘塑性流体：当应力低于0时，不流动；当应力高于0时，流动与牛顿型流体一样。0称为屈服应力 如纸浆、牙膏、污水泥浆等 触变性流体：表观粘度随时间的延长而减小 如油漆等 粘弹性流体：既

8、有粘性，又有弹性。当从大容器口挤出时，挤出物会自动胀大 如塑料和纤维生产中都存在这种现象,1.4.2 流体流动的类型-层流及湍流,1、雷诺试验 1883年, 英国物理学家Osbone Reynolds作了如下实验,湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动 特征：流体质点的脉动,层流： * 流体质点做直线运动 * 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞 * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力,过渡流：不是独立流型（层流+湍流）， 流体处于不稳定状态（易发生流型转变） 生产中，一般避免过渡流型下操作。,2、雷诺试验现象,两种稳定的流动状态：层流、湍流,用红墨水观察管中水的流动状态,3、实验分析,（1）影响状态的因素： d , u , ，,Re是无因次数群：,（2）圆形直管中 Re2000 稳定的层流,Re 4000 稳定的湍流,2000 Re 4000 不稳定的过渡流,此时，流体处于 不稳定的状态，可能是层流，也可能是湍流，取决于流体进入导管的状态、管壁粗糙程度以及周围有无震动等因素。,Re 特征数的大小，不仅作为层流与湍流的判断依据，而且在传热、传质等其他很多方面广泛的使用。,Re的使用中应注意： 单位统一 有时是直径，有时是别的特征长度。,作业：P87 13、16、17,