流体流动流体流动阻力优秀PPT.ppt

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1、流体流动流体流动阻力你现在浏览的是第一页，共52页用柏努利方程式解题时的注意事项：用柏努利方程式解题时的注意事项：(3)(3)确定基准面确定基准面 基准面是用以衡量位能大小的基准。基准面是用以衡量位能大小的基准。必须与地面平行；必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。中心线的水平面。强调强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点不过，为

2、了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的相应截面。的相应截面。你现在浏览的是第二页，共52页(4)(4)压力压力 各物理量的单位应保持一致，柏努利方程式中的压力各物理量的单位应保持一致，柏努利方程式中的压力p p1 1与与p p2 2只能同时使用表压或绝对压力，不能混合使用。只能同时使用表压或绝对压力，不能混合使用。（5 5）流速）流速 如果两个横截面积相差很大，则可取大截面处如果两个横截面积相差很大，则可取大截面处的流速为零。的流速为零。用柏努利方程式解题时的注意事项：用柏努利方程式解题时的注意事项：你现在浏览的是第三页，共52页(6)(6)外加能量外加能量 外加能量外加能量WeWe在上

3、游截面一侧，能量损失在上游截面一侧，能量损失h hf f在下游截面在下游截面一侧一侧。外加能量外加能量WeWe是对每是对每kgkg流体而言的，若要计算的轴功率，流体而言的，若要计算的轴功率，需将需将W W乘以质量流量，再除以效率。乘以质量流量，再除以效率。（7 7）方程的选用）方程的选用 不同基准柏努利方程式的选用：通常依据习题中损失不同基准柏努利方程式的选用：通常依据习题中损失能量或损失压头的单位，选用相同基准的柏努利方程。能量或损失压头的单位，选用相同基准的柏努利方程。你现在浏览的是第四页，共52页例例用泵将贮槽用泵将贮槽(通大气通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行中的稀碱液送到蒸发器中进行

4、浓缩，如附图浓缩，如附图 所示。泵的进口管为所示。泵的进口管为893.5mm的钢管，的钢管，碱液在进口管的流速为碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为，泵的出口管为76 2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失为，碱液经管路系统的能量损失为40J/kg，蒸发，蒸发器内碱液蒸发压力保持在器内碱液蒸发压力保持在 0.2kgf/cm2（表压），碱液的（表压），碱液的密度为密度为1100kg/m3。试计算所需的外加能量。试计算所需的外加能量。你现在浏览的是第五页，共52页基准基准你现在浏览的是第

5、六页，共52页式中，式中，z1=0，z2=7；p1=0(表压表压)，p2=0.2kgf/cm29.8104=19600Pa，u1 0,u2=u1(d2/d1)2=1.5(89-23.5)/(76-22.5)2=2.0m/s代入上式，代入上式，得得W=128.41J/kg解：解：解题要求规范化解题要求规范化你现在浏览的是第七页，共52页流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动的阻力流体流动的阻力本节核心内容：本节核心内容：分析流动阻力形成因素、分析流动阻力形成因素、计算流动阻力计算流动阻力第四

6、节第四节 流体流动的阻力与能量损失流体流动的阻力与能量损失你现在浏览的是第八页，共52页一、流体的黏度1、流体阻力的表现和来源（1）阻力的表现如图 由两截面间的柏努利方程式可得：即：你现在浏览的是第九页，共52页结论：流体阻力致使静压能下降。阻力越大，静压能下降就越多。（2）流体阻力的来源 内摩擦是产生流体阻力的根本原因。流体流动状况是产生流体阻力的第二位原因。管壁粗糙程度和管子的长度、直径均对流体阴力的大小有影响。你现在浏览的是第十页，共52页2流体的黏度（粘度）黏性（粘性）：流体流动时流层之间产生内摩擦力的这种特性，称为黏性。黏性是决定流体内摩擦力大小的物理量。黏性、内摩擦力、流体阻力 黏

7、度：衡量流体黏性大小的物理量。（黏性系数或动力黏度）符号：。你现在浏览的是第十一页，共52页（1）黏度的单位 物理单位制：（物理单位制：（dyndyn s/cm2s/cm2），称为（泊），符号：），称为（泊），符号：P P由于泊的单位太大，一般常用的是厘泊（由于泊的单位太大，一般常用的是厘泊（cPcP）。）。1P 1P100cP100cPSISI制中：（制中：（N N s/m2s/m2）或（）或（PaPa s s）。）。物理单位制中黏度的单位与SI制中黏度单位的换算关系如下：1 Pas=10P=1000 cP=1000mPas=10P=1000 cP=1000mPas 或者或者 1 cP=1

8、mPa 1 cP=1 mPas s 流体的黏度随温度而变化。压力对流体黏度的流体的黏度随温度而变化。压力对流体黏度的影响可忽略不计。液体:T，。气体：T，。你现在浏览的是第十二页，共52页 单一流体的黏度可由实验测定或从手册上查到 混合物的黏度在缺乏实验数据时，可选用经验公式估算。3.运动黏度 有时用运动黏度来衡量流体的黏性，表示为黏度与密度的之比。m2/s你现在浏览的是第十三页，共52页4、混合物黏度的计算（1 1）互溶的混合液体）互溶的混合液体（2 2）混合气体）混合气体你现在浏览的是第十四页，共52页二、流体流动的类型二、流体流动的类型1、雷诺实验a.层流 b.过渡流 c.湍流你现在浏览

9、的是第十五页，共52页2流动类型及其判定（1）流体的两种流动类型 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；即分层流动。湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。（附：三种流体流动类型的演示图）（附：三种流体流动类型的演示图）你现在浏览的是第十六页，共52页（2）流动类型的判定流动类型判定依据雷诺准数 雷诺准数物理意义：反映了影响流体流动类型的主要因素，标志着流体流动的湍动程度n nRe2000时，流动为层流，此区称为层流区；n nRe4000时，一般出现湍流，此区

10、称为湍流区；n n2000 Re 层流运动层流运动层流运动层流运动流体运动速度较慢流体运动速度较慢流体运动速度较慢流体运动速度较慢,与管壁碰撞不大，因此与管壁碰撞不大，因此与管壁碰撞不大，因此与管壁碰撞不大，因此 对对对对阻力、摩擦系数无阻力、摩擦系数无阻力、摩擦系数无阻力、摩擦系数无影响影响影响影响，只与只与只与只与RRee有关。层流时，有关。层流时，有关。层流时，有关。层流时，在粗糙管的流动与在光滑管在粗糙管的流动与在光滑管在粗糙管的流动与在光滑管在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。的流动相同。的流动相同。的流动相同。粗糙度对摩擦系数的影响粗糙度对摩擦系数的影响你现在浏览的是第四十页，共5

11、2页b b b，Re b 质点通过凸起部分时产生漩涡质点通过凸起部分时产生漩涡 能耗能耗 对摩擦系数有影响对摩擦系数有影响。湍流运动湍流运动阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。你现在浏览的是第四十一页，共52页五、流体流动的阻力损失计算五、流体流动的阻力损失计算1 1、直管阻力损失计算、直管阻力损失计算式中：流体在圆形直管中流动时的损失能量，J/kg；管长，m；管内径，m；动能，J/kg；摩擦系数，无单位你现在浏览的是第四十二页，共52页 摩擦系数与管内流体流动时的雷诺数Re有关，也与管道内壁的粗糙程度有关。（1）层流时的摩擦系数 流体作层流流动时，摩擦系数

12、只与雷诺数Re有关，而与管壁的粗糙程度无关（公式推导过程略）。（2）湍流时的摩擦系数 当流体呈湍流时，摩擦系数与雷诺数Re及管壁粗糙程度都有关。通常是通过实验，将与Re的函数关系标绘在双对数坐标系中，如图P44页1-24所示。过渡流时，管内流动随外界条件的影响而出现不同的类型。工程计算中一般按湍流处理，将相应湍流时的曲线延伸查取值。你现在浏览的是第四十三页，共52页Re/d 滞流区过渡区湍流区完全湍流，粗糙管光滑管摩擦系数与雷诺准数、相对粗糙度的关系摩擦系数与雷诺准数、相对粗糙度的关系你现在浏览的是第四十四页，共52页2局部阻力的计算 局部阻力的计算，通常采用两种方法：当量长度法和阻力系数法。

13、（1）当量长度法 将某一局部阻力折合成相当于同直径一定长度直管所产生的阻力，此折合的直管长度称为当量长度，用符号 表示。即（3）非圆形管的直管阻力 当流体流经非圆形管道时，计算式及Re中的值，均应以当量直径代替。你现在浏览的是第四十五页，共52页 当量长度一般由实验测得，见书上的管件与阀当量长度一般由实验测得，见书上的管件与阀门当量长度共线图（门当量长度共线图（P50P50，图，图1-271-27）（2）阻力系数法 将局部阻力看成是动能的函数式中 为局部阻力系数，简称阻力系数，其值由实验测定。几种常见的局部阻力系数求算法a.突然扩大与突然缩小（P48，图1-26）；或者经验公式：你现在浏览的是

14、第四十六页，共52页b.出口与进口（出口与进口（P48P48），是突然扩大与突然缩小的特例；），是突然扩大与突然缩小的特例；），是突然扩大与突然缩小的特例；），是突然扩大与突然缩小的特例；n n进口：容器进入管道，突缩。进口：容器进入管道，突缩。AA小小小小/A大大 0，阻力系数阻力系数=0.5n n出口：管道进入容器，突扩。出口：管道进入容器，突扩。A小小/A大大大大 0，阻力系数阻力系数=1.0c.c.管件与阀门（表管件与阀门（表1-4）。）。查表查表你现在浏览的是第四十七页，共52页3管路总阻力的计算管路系统的总阻力包括了所取两截面间的全部直管阻力和所有局部阻力之和，即柏努利方程中的 项

15、。强调：强调：在计算局部阻力损失时，公式中的流速在计算局部阻力损失时，公式中的流速u均为截面积较小管均为截面积较小管中的平均流速中的平均流速。你现在浏览的是第四十八页，共52页例例 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为长度，下同）为100m100m，压力表之后管路长度为，压力表之后管路长度为80m80m，管路摩，管路摩擦系数为擦系数为0.030.03，管路内径为，管路内径为0.05m0.05m，水的密度为，水的密度为1000kg/m31000kg/m3，泵的效率为，泵的效率为0.80.8，输水量为，输水量为15m3/h15m

16、3/h。求：（。求：（1 1）整个管路的阻力损失，整个管路的阻力损失，J/kgJ/kg；（；（2 2）泵轴功率，）泵轴功率，kw.kw.H=20mH1=2m你现在浏览的是第四十九页，共52页解：（解：（1 1）求整个管路的阻力损失，）求整个管路的阻力损失，J/kgJ/kg；由题意知，；由题意知，（2 2）求泵轴功率，）求泵轴功率，kwkw；在贮槽液面在贮槽液面0-00-0与高位槽液面与高位槽液面1-11-1间列柏努利方程，以贮槽液面间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：为基准水平面，有：其中，其中，u u0 0=u=u1 1=0=0，p p1 1=p=p0 0=0=0（表压）（表压）,H,H0 0=0=0，H=20mH=20m代入方程得：代入方程得：你现在浏览的是第五十页，共52页代入方程得：代入方程得：又又 故故 你现在浏览的是第五十一页，共52页管路计算是管路计算是第六节第六节 管路计算管路计算摩擦阻力计算式：摩擦阻力计算式：柏努利方程柏努利方程:连续性方程：连续性方程：的具体应用。的具体应用。你现在浏览的是第五十二页，共52页