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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 流体流动第一节 流体流动中的作用力Key Words: Fluid flow, Shear stress, Fluid statics, Density,Viscosity, Pressure 管道输送化工过程中的流体流动 多相流 单元操作中流动现象一、体积力和密度：r = m/V p T 液体 基本不变 稍有变化 气体 改变 改变 理气 混合密度： 体积分率：XV1 XV2 气体： （1m3为基准）总质量ABC 液体：1Kg混合液为基准， 质量分率：X w1 X w2 ABC二、压力：1atm=1.013105 N/m2 =10.33m（水柱），760mmH
2、g压力表：表压绝压大气压真空表：真空度大气压绝压表压确切标明 （表）、（绝）、（真）三、剪力、剪应力、粘度：流体沿固体表面流过存在速度分布： m：动力粘度、粘性系数 牛顿型 塑性 非牛顿型 假塑性 涨塑性 粘度： T 液体，气体 P 基本不变 基本不变 40atm以上考虑变化 混合粘度：不缔合混合液体 () 低压下混合气体 第二节 流体静力学方程一、静力学基本方程： 方向与作用面垂直 静压力 各方向作用于一点的静压力相同 同一水平面各点静压力相等（均一流体）对于Z方向微元： 不可压缩液体： 1、不可压缩流体 条件： 2、静止 3、单一连续流体 结论： 单一流体连续时同一水平面静压力相等 间断、
3、非单一流体逐段传递压力关系二、流体静力学方程的应用：1、压差计： 微差压差计 R很大时，液面相似 例：，若 =229.6+27.1=256.7N/m2 (表) 2、液面计： 3、液封 4、液体在离心力场内的静力学平衡 第三节 流体流动的基本方程Key Words: Mass flow rate, Volumetric flow rate, Velocity, Mass velocity, Equation of continuity, Bernoulli equation, Potential energy, Kinetic energy, Loss of mechanical energy,
4、 Work 一、 流量与流速：体积流量：，质量流量：流速：， 质量流速： 管路流速： 液体0.53 m/s， 气体1030 m/s 综合考虑：流量 生产任务； 流速、动力、设备、工艺二、 连续性方程： 流动系统各截面上：。 若 圆管 三、总能量衡算和柏努利方程：稳定流动体系中讨论 1、与流体有关的能量形式和总能量衡算 内能， 位能， 动能，静压能（流动功） 流体进入划定体积需要对抗压力作功，所作功转化为流体静压能带入划定体积。 质量为m、体积为V的流体，进入划定体积 上游压力： ； 所行距离：； _ 功： 流动中存在总能量：； 外界输入： , 对两个不同截面： 2、柏努利(Bernoulli)
5、方程式： 单位质量流体 （比容） 根据热力学第一定律：W: 膨胀功；Q: 两部分环境Qe 和 阻力消耗 不可压缩流体： 对于理想流体：，无外功， 3、讨论 代表能量的转化：对于理想流体const.； 实际流体（非理想）系统能量随流动，实际流体的流动条件E出或We0； Z，p，u，状态函数，We，过程函数； 当，静力学方程； 三种不同形式 gZ， rgZ， Z （J/kg），（N/m2），（m）(流体柱) 可压缩流体 (p1-p2)/p1 10%。 4、使用条件： a、稳定流动 b、计算空间连续，不可压缩 c、截面选定：缓变均匀流 d、单位一致性 e、管内流动为平均值四、柏努利方程的应用： 画图
6、 计算步骤：截面选取： 从上游到下游，1-1 2-2 沿流动方向 计算1-1,2-2间的We 和 h f 基准水平面 单位 压差计读数 R：A、B两处位能与静压能总和之差。 均匀管路： * 水平管：压测管指示为静压差 * 均匀管路：压测管指示为 (不一定水平） 截面选取： 水池： 1-1: Z=0, p=0, u=0 水池内管外： Z=-h, p=rhg, u=0 喷口出口(内)： u = u管, p = p塔 喷口出口(外)： u = 0, p = p塔 D 流向判断： ， 求出能否流动是静力学问题，一旦流动，汇合管路，p2值变化。习题讨论课：125 马利奥特容器。 内径800mm，A管d=
7、25mm。 选11，22。 1-26 （1）a关闭，b开启。 选11，22 （2）a开启，b也开启。 选11，a-a （3）a、b均关闭，虹吸。第四节 流体流动现象Key words：Flow phenomena, Reynolds number, Laminar flow, Turbulent flow, Boundary layer一、剪应力和动量传递： 粘性定律：多层同心圆式流动 剪应力：单位时间通过单位面积的动量 动量通量。二、两种不同的流动形态 上述讨论基于不同流体层的假设，但这种假设仅在u很小时才能成立。 1、雷诺实验： u小时，质点沿彼此平行的线运动； u上下波动； u 波动加剧
8、，最终全管均一。 2、雷诺数： 运动分为滞(层)流、湍(紊)流 存在一个临界速度： (无因次) d：特征长度，Re4000 湍流3、雷诺数的意义： 流体流动中惯性力与粘滞力之比 ru ：单位时间通过单位面积的质量kg/m2s ru2：单位时间通过单位面积的动量 惯性力 u/d 速度梯度，mu/d t 粘滞力 ru2/mu/d =rud/m=Re u，m Re 惯性力占主导地位 惯性力加剧湍动 u，mRe 粘滞力占主导地位 粘滞力抑制湍动三、管内的滞流与湍流 分层流动，各质点互 瞬间速度ui instantaneous velocity 滞流 不碰撞互不混合， 湍流 脉动速度ui fluctua
9、ting velocity 速度分布为抛物线型 时均速度 mean velocity ui与位置有关 中心ui 大，壁面ui=0 为稳定值，不随时间变 层流 湍流 1、速度分布： 时： Re=1105左右，n=7 2、平均速度： n=7， Re, n,u/umax 4103 n=6 1.1105 n=7 3.2106 n=103、动能： 层流时小了一半，但动能项小。 4、剪应力： :涡流粘度四、边界层概念：1、 问题的提出：du/dy 集中于壁面附近；主体可按理想流体处理 分界：99u 以均匀u流近平板 2、边界的形成和发展 受平板影响出现du/dy 动量传递，边界层加厚 边界层厚度 研究内容
10、： 边界层速度分布 剪应力，壁面阻力 3、边界层的分离（形体阻力） A: u=0, pmax AB: u，p，加速减压 BC：u，p，减速升压 C：动能耗尽 p最大，分离点。 1) 流道扩大时造成逆向压力梯度 2) 逆压力梯度容易造成边界层分离 3) 边界层分离造成大量漩涡，增加机械能消耗 第五节 流体在管内流动阻力Key Words: Fanning eq., Hagon-poiseuille eq., Hydraulic radius, Sudden expansion of cross section, Sudden contraction of cross section, Flow
11、of compressible fluids 一、阻力损失及通式： 沿程阻力 三种表示方式： 局部阻力 对于水平直管，无外功，Dpf = -Dp 推导方便 令 磨擦因数。 Fanning(范宁)公式： 对层流、湍流均适用。l求法不同。二、层流时的阻力损失： 三、因次分析法： 依据：因次一致性原则，正确描述一物理现象，等式两边的物理量因次一致。 校验：p定理 有m个基本变量，n个基本因次，无因次群为mn个 步骤：1)找出所有相关物理量 2)选出基本因次 3)列因次关系式 4)组成无因次数群的幂函数关联式 e: 管壁突出部分平均高度。 ：压力与惯性力之比四、湍流的阻力损失。 令 1、实验关联式：
12、柏拉修斯（Blasius）关联式： 2、图 (Moody图) 滞流区 l=64/Re，直线斜率为1 一般情况：定值。（阻力平方区） 五、非圆形管内阻力损失： 当量直径 4倍水力半径（Hydraulic Radius） 矩形： 环隙： de对湍流计算较可靠： 矩形 a:b50D，dD/50（测气速） 差压流量计：节流口面积不变 截面流量计：节流口面积随流量而二、孔板流量计：孔由小大，45锐孔；测定压差流量大小 1) 忽略能量损失 2) 考虑能量损失 3) 考虑压差计接法： a 角接法：前后两块法兰上。 b 径接法：前一倍D，后D/2， 4) CO孔流系数： C1：能量损失 C2：测压口位置（接法
13、） 器件部分 A0/A1 CO一般由实验求得： Re，CO 不变。 ReC极限值(使用范围) A0/A1，CO， （查图） 一般CO在0.60.7之间 * 安装方便，但存在较大的永久阻力降。三、文丘里流量计： 减少能量损失渐缩渐扩 上游：渐缩前D/2 下游：喉部 尺寸严格，造价高，但永久压力降小。四、转子流量计Vf 转子体积、Af 最大部分面积、rf 转子材料密度、r 流体密度忽略切向力 AR：环隙面积不同流体的标定情况，若CR不变。 第一章 小结一、 主要关系式： 1、静力学方程： 均一静止流体（连续），同一水平面压力相等； 非均一静止流体（间断），逐段传递压力关系。 2、连续性方程（物料衡
14、算）： 用于同一管道系统的稳态流动。 11与22，33的关系 3、柏努利方程： 稳态流动，=const. 基准1kg，质量流体 截面按流动方向，上游下游，未知量少 * 同一截面的E值相同。 4、阻力计算式 当水平均匀管道时相等 （均匀管道） 试差法，（非线性） 二、基本概念要清楚 记忆 1、量纲 定义 2、数量概念： 三几个重要问题： 1、压差计的指示 ，指示为：D p 若，均匀道管， 2、流向判断： 判断：静力学问题 一旦流动：服从柏努利方程 3、管道流动： （1）掌握基本结论： a)任何 z ，简单管路各处u b)下游阻力，上游p c)上游阻力，下游p d)任何时刻阻力损失表现为 (Z +
15、 p / rg) 的降低 （2）分析问题关键： a)连续介质 b)管路整体：上、下游，主管，支管 c)把握不变的基准点。1-62 ZC=20m ZD=10m pD=0.1Mpa AB：dAB=0.1m，lAB=40m BC：dBC=0.05m，lBC=45m(含出口) BD：dBD=0.05m，lBD=60m(含出口) =0.025 2) 求uBC，uBD 对于B点： 3) 求pA 158 Z1=0，p1=0 (表)，u1=0， Z2=26m， p2= -10103 +171037000Pa， u2 = (56/3600)/(/4)0.1362)=1.07m/s 查20： r=998.2kg/m3，m=1.00510-3Pas， Re = rud/m = 1.45105，e=0.2mm， e/d=0.210-3/0.136=0.00147，查l=0.023 入口管：90弯头 底阀 l 4.25m 10m 10m 0.5 出口管：90弯头 三通 闸阀 l 4.25m 9m 25m 36m1、求We 和Ne 2、求pa、pb、pc、pd、pe 3、l=const. 闸阀关小，u， pa，pb，pc，pd，pe ( ? ) 泵压头变化 4、泵流量不变 ? VS1=VS2=28m3/h 5、D1-5 D1-8 1、 关小阀门O；2、 关小B，还是开大B；3、 开大A。专心-专注-专业