1、化工原理第一章 流體流動(dòng)第1頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1.流體：液體和氣體統(tǒng)稱(chēng)為流體。 特征：(1)具有流動(dòng)性; (2)無(wú)固定形狀;(3)在外力作用下,其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2.本章主要講的內(nèi)容:流體流動(dòng)的基本原理及 其流動(dòng)規(guī)律。3.經(jīng)常應(yīng)用流體流動(dòng)規(guī)律的場(chǎng)合:(1)流體的輸送(使流體在低能耗及低設(shè)備費(fèi)用下完成輸送).(2)壓強(qiáng).流速.和流量的測(cè)量(控制生產(chǎn)過(guò)程).(3)為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜的流動(dòng)條件(為提高設(shè)備效率.而化工過(guò)程處理的均是流體).第2頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二4.討論的方法: 連續(xù)性假設(shè)將流體視為由無(wú)數(shù)的分子集團(tuán)組成的

2、連續(xù)介質(zhì), 每個(gè)分子集團(tuán)稱(chēng)為質(zhì)點(diǎn)。這些質(zhì)點(diǎn)：(1)其大小與容器或管道相比是個(gè)微不足道的.(2)質(zhì)點(diǎn)在流體內(nèi)部一個(gè)緊挨一個(gè),它們之間沒(méi)有任何空隙。即認(rèn)為流體充滿(mǎn)其所占的空間，從而把流體視 為連續(xù)介質(zhì)，這樣就擺脫了復(fù)雜的分子運(yùn)動(dòng)，從宏觀角度來(lái)研究流體的流動(dòng)規(guī)律。注意：在高度真空下的氣體，就不能再視為連續(xù)介質(zhì)。第3頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程式 流體靜力學(xué)：研究流體在外力作用下達(dá)到 平衡的規(guī)律。應(yīng)用很廣：流體在設(shè)備內(nèi)或管道內(nèi)壓強(qiáng)的變化與測(cè)量、壓差計(jì)、液體在儲(chǔ)罐內(nèi)液位的測(cè)量及設(shè)備的液封等。本節(jié)只討論流體在重力和壓力作用下的平衡規(guī)律。先介紹有關(guān)流體

3、的兩個(gè)參數(shù)： 第4頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1-1-1 流體的密度 1、 密度：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量。 2、氣體的密度 ：由于氣體是可壓縮的， 即=f(p,T)，而 手冊(cè)中查得的是一定p,t下的值， 這就涉及換算問(wèn)題。 當(dāng)壓強(qiáng)不太高，溫度不太低時(shí)，可按理想氣體處理。 一般可提供查閱手冊(cè)獲得 第5頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二T-絕對(duì)溫度，K ， p-Pa(絕對(duì)壓強(qiáng)) 對(duì)一定質(zhì)量的氣體 第6頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3.混合物密度的計(jì)算（1）液體混合物：假設(shè)各組分在混合前后的體積不變，則1kg混合物的

4、體積等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體積之和,即 第7頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 （2）混合氣體（濃度常用體積分率表示）以1m3混合氣體為基準(zhǔn)。 假設(shè)各組分在混合前后其質(zhì)量不變，則1m3混合氣體的質(zhì)量等于各組分的質(zhì)量之和，即 MA,MB, Mn-氣體混合物中各組分的摩爾質(zhì)量 YA,yB , yn-氣體混合物中各組分的摩爾分率第8頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 4補(bǔ)充幾個(gè)與密度有關(guān)的概念1）液體的比重（相對(duì)密度） 2）重度：?jiǎn)挝惑w積流體所具有重量3)比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所具有的體積 比容：m3/kg 第9頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0

5、點(diǎn)39分，星期二流體流動(dòng)中的作用力可分為體積力和表面力 體積力：作用于流體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，并與流體的質(zhì)量 成正比。對(duì)均質(zhì)流體也與流體的體積成正比。場(chǎng)力：重力、離心力等表面力：壓力和剪力，與表面積成正比 第10頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 1-1-3 流體的靜壓強(qiáng) p流體的靜壓強(qiáng)，Pa P垂直作用于流體表面上的壓力，N A作用面的面積，m2.1、定義：流體垂直作用于單位面積上的壓力， 稱(chēng)為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱(chēng)壓強(qiáng)。 表達(dá)式：稱(chēng)為點(diǎn)靜壓強(qiáng). 2、特點(diǎn)：（1）在靜止流體內(nèi)部任意面上只受到 大小相等，方向相反的壓力。 (2)作用于靜止流體內(nèi)部任意點(diǎn)上所有不同方位的 靜壓強(qiáng)在數(shù)值

6、上相等。 第11頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二工程上：為了適用和換算方便，常將1 kgf/ cm2稱(chēng)為1個(gè)工程大氣壓,即1at=1 kgf/ cm2 =735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807 104Pa 3、壓強(qiáng)的不同單位表示法及其之間的換算關(guān)系 （1）SI制中，壓強(qiáng)的單位Pa,帕斯卡；N/m2 （2）習(xí)慣上：atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓),某流體柱高度（米）， bar(巴)，kgf/cm2等 1atm=101.325kPa=1.033kgf/ cm2 =1.01325bar =760mmHg=10.33m=1.01325105Pa 注：101.32

7、5kPa是北緯45度海平面,15C的測(cè)定值第12頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二4.不同的方法表示的壓強(qiáng) 真空表：用來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)的儀表，當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)小于外界大氣壓強(qiáng)時(shí)，所用測(cè)壓儀表稱(chēng)為真空表。 （1） 絕對(duì)壓強(qiáng)：以絕對(duì)零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)， 稱(chēng)為絕對(duì)壓強(qiáng)，它是流體的真實(shí)壓強(qiáng)。 （2） 表壓強(qiáng)：壓強(qiáng)表上的讀數(shù)，表示被測(cè)流 體的絕對(duì)壓強(qiáng)比大氣壓高出的數(shù)值，稱(chēng)為表壓強(qiáng)。 （3） 真空度：真空表上的讀數(shù)，表示被測(cè) 流體的絕對(duì)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，稱(chēng)為真空度。 第13頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二4.不同的方法表示的壓強(qiáng)（4） 三者之間的關(guān)系

8、 注：真空表和壓力表是不同的，即不能互換。 規(guī)定：表壓和真空度均應(yīng)該加以標(biāo)注 即真空度= -表壓 真空度=大氣壓絕對(duì)壓強(qiáng) 表壓=絕對(duì)壓強(qiáng)大氣壓 即：3kgf/cm2(表壓)或200mmHg(真空度) 第14頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1-1-3 流體靜力學(xué)基本方程式一、基本方程式的推導(dǎo) 在密度為的靜止流體中，取一微元立方體，其邊長(zhǎng)分別為dx,dy,dz，它們分別 與x,y,z軸平行,如圖 pdxdy,定義：流體在重力和壓力作用下的平衡規(guī)律表達(dá) 式，也就是流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的平衡規(guī)律。第15頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二在z軸方向上 （1

9、） 作用于下底面的壓力pdxdy,（2） 作用于上底面的壓力 （3）作用于整個(gè)立方體的重力為 pdxdy,第16頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1-1-3 流體靜力學(xué)基本方程式 pdxdy,第17頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第18頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二提示：靜止流體內(nèi)部，任意一點(diǎn)的靜壓能與位能之和為一常數(shù)。常稱(chēng)為總勢(shì)能。第19頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二二、討論 1p0一定， ，故在靜止的連續(xù)的同一液體內(nèi)部，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等 2. p0變化時(shí)，液體內(nèi)各點(diǎn)的壓強(qiáng)

10、將發(fā)生同樣的變化3 , 說(shuō)明壓強(qiáng)差的大小可以 用一定高度的液柱來(lái)表示，但必須注明何種液體； 4上式以不可壓縮流體為對(duì)象推得。對(duì)于氣體， 由于它是可壓縮流體，在h不同處，變，但在 化工容器中，這種變化可以忽略。上式仍然適 用, 取 m，但只是近似解.5注意：是在靜止的連通著得同一流體內(nèi)部成立第20頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二114靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用 一、壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量 1、U型管壓差計(jì) 1）結(jié)構(gòu)2）對(duì)指示液的要求： （3）被測(cè)流體密度小于指示液的密度，即（2） A與被測(cè)流體不起化學(xué)變化；（1） A與被測(cè)流體不互溶；第21頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日

11、，0點(diǎn)39分，星期二 1、U型管壓差計(jì) 3）原理：當(dāng)流體是氣體時(shí)，第22頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二若用U型管壓差計(jì)測(cè)量某點(diǎn)的壓力,則只需將其一端通空,另一端連接到被測(cè)量點(diǎn)即可第23頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 2.微差壓差計(jì)： 可以看出，當(dāng)所測(cè)量的壓強(qiáng)差很小時(shí)，U型管壓 差計(jì)讀數(shù)R很小，有時(shí)難以準(zhǔn)確讀出R值，為把讀 數(shù)放大，有兩種措施： （1）在選指示液時(shí)，使 很小， 但后果是液面不穩(wěn)定； （2）使用微差壓差計(jì)： 第24頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二（2）為讀數(shù)方便，使U型管兩端各裝有擴(kuò)大室，擴(kuò)大室內(nèi)徑與

12、U型管內(nèi)徑之比大于10，這樣就使得管內(nèi)指示液A的液面差R很大，但兩個(gè)擴(kuò)大室內(nèi)的指示液C的液面變化很小，可以認(rèn)為維持等高。 （1）微差壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近，且不互溶的 指示液A和C，而指示液C與被測(cè)流體B亦不互溶。 微差壓差計(jì)的特點(diǎn)：第25頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 3、傾斜壓差計(jì)：為了提高讀數(shù)的精度， 可以將液柱壓差計(jì)傾斜放置。即：第26頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 二、液位的測(cè)量：目的：了解容器里的貯存量，控制設(shè)備里的液位 1、最原始的液位測(cè)量： 特點(diǎn)：因玻璃管易碎，且不便于遠(yuǎn)傳或遠(yuǎn)處觀察 第27頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5

13、月20日，0點(diǎn)39分，星期二2、安裝平衡室：條件： （1）平衡器的小室里面所裝的液體與容器里的相同。 （2）平衡器里液面的高度維持在容器液面允許達(dá)到 的最大高度處。 則結(jié)論： （1）當(dāng)容器里得液面達(dá)到最大高度時(shí)：R=0 (2 ) R0時(shí)可根據(jù)壓差的計(jì)算法，計(jì)算液面高度， 容器里液面愈低壓差計(jì)讀數(shù)越大 平衡室液位維持在設(shè)備的最高液位處第28頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3、遠(yuǎn)距離測(cè)量液位 當(dāng)容器離操作室較遠(yuǎn)，或埋在地面一下時(shí)，液位的 測(cè)量裝置如圖。管內(nèi)氮?dú)獾牧魉儆烧{(diào)節(jié)閥控制，一 般很小，在最高液位時(shí)有氣泡緩緩溢出即可，氣體 流速不能太大，否則阻力損失較大，不可忽略。

14、除此之外，液位的測(cè)量方法還有很多，有利用浮力的浮球 式液位計(jì)，電容式液位計(jì)，超聲波，射線等等。 第29頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 三、液封高度的計(jì)算 真空液封 第30頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二四、靜力學(xué)方程式其他應(yīng)用1、傾析器 第31頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二2、穩(wěn)壓高位槽(馬里奧特容器) 第32頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3、倒液封 第33頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng) 流量： 2.流速： 1)實(shí)驗(yàn)表明：流體流經(jīng)管道

15、任一截面時(shí)各點(diǎn)的流速沿管徑 變化，中心處最大，壁面處最小為0。速度分布復(fù)雜， 工程上為方便取平均值。滯流 湍流 121流量與流速體積流量：流體量用通過(guò)的流體的體積表示。VS ,m3/s 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量。流體量：質(zhì)量流量：流體量用通過(guò)的流體的質(zhì)量表示。Ws, kg/s 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離。u，m/s 第34頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3.管道內(nèi)徑的計(jì)算：若管道為圓形截面，則 第35頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二122 定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng) 定態(tài)流動(dòng)：在流動(dòng)系統(tǒng)中，若各截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)

16、物理量?jī)H隨位置而變化，不隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)稱(chēng)為定態(tài)流動(dòng)。 化工生產(chǎn)中多屬于這種連續(xù)定態(tài)流動(dòng)過(guò)程 非定態(tài)流動(dòng)：在流動(dòng)系統(tǒng)中，若各截面上流體 的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而變 化，而且隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)稱(chēng)為非定態(tài)流動(dòng)。 第36頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二123 連續(xù)性方程式物料衡算：如圖：第37頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二123 連續(xù)性方程式第38頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二124 能量衡算方程式流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算方程式：如圖衡算范圍：設(shè)備內(nèi)壁面、 11截面、22截面間圍成的系統(tǒng)衡算基準(zhǔn)

17、：1kg流體 基準(zhǔn)水平面：o-o 第39頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二v1,v2 流體分別在截面11與 截面22處的比容；m3/kg 符號(hào)含義：u1,u2 流體分別在截面11與截面22處的流速；m/s p1,p2 流體分別在截面11 與截面22處的壓強(qiáng)；Pa Z1,Z2 流體分別為截面11 與截面22處的中心與 基準(zhǔn) 水平面的垂直距離；mA1,A2 流體分別為截面11與 截面22處的面積；m2 第40頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1kg流體進(jìn)、出系統(tǒng)時(shí)輸入和輸出的能量： 第41頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二1k

18、g流體進(jìn)、出系統(tǒng)時(shí)輸入和輸出的能量： 第42頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 以1kg流體為基準(zhǔn)的總能量衡算方程式為： 第43頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 二、流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算式與伯努利方程式 第44頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二以1kg流體為基準(zhǔn)的總能量衡算方程式為： 第45頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第46頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二 ： 第47頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第48頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20

19、日，0點(diǎn)39分，星期二二、伯努利方程式的討論 該方程表示理想流體在管道內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)而又 沒(méi)有外功加入時(shí)，在任一截面上單位質(zhì)量流體所 具有的位能、動(dòng)能、靜壓能之和為一常數(shù)，稱(chēng)為 總機(jī)械能，單位:J/kg; 2.注意方程中各項(xiàng)的單位及意義； 3.對(duì)于可壓縮流體，若所取系統(tǒng)兩截面的絕對(duì)壓 強(qiáng)變化小于原來(lái)絕對(duì)壓強(qiáng)的20時(shí)，該方程仍然 適用，但應(yīng)該注意：式中密度應(yīng)該用兩截面密度的平均值代替； 第49頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二6.衡算基準(zhǔn)不同，方程式形式不同 5.如果流體靜止，該式簡(jiǎn)化為靜力學(xué)基本方程式； 即流體的靜止?fàn)顟B(tài)只不過(guò)是流動(dòng)狀態(tài)的一種特殊形式 4.對(duì)于非定態(tài)流動(dòng)系

20、統(tǒng)的任一瞬間，伯努利方程仍然成立； 第50頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第51頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二125 機(jī)械能衡算方程式（伯努利方程式）的應(yīng)用確定管道中流體的流量 確定設(shè)備間的相對(duì)位置 確定輸送設(shè)備的有效功率 確定管路中流體的壓強(qiáng)第52頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二五、應(yīng)用伯努利方程式的解題要點(diǎn)： 1、作圖與確定衡算范圍 2、截面的選取3、基準(zhǔn)水平面的選取4、單位必須一致六、非定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算 第53頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第三節(jié) 流體的流動(dòng)現(xiàn)象 一、牛頓粘性定律

21、2、水在管內(nèi)的流動(dòng)：如圖 流體的內(nèi)摩擦力：運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流 體層間的相互作用力它是流體粘性的表現(xiàn)，又稱(chēng) 為粘滯力或粘性摩擦力。1、粘性：流體具有粘性，沒(méi)有固定形狀，在外力作用下其內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，流體還具有一種抗拒內(nèi)在的向前運(yùn)動(dòng)的特性，稱(chēng)為粘性。 它是流體阻力產(chǎn)生的依據(jù)。131 牛頓粘性定律與流體的粘度第54頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3.牛頓粘性定律：以?xún)善叫衅桨彘g流體流動(dòng)為例，大量實(shí)驗(yàn)表明：第55頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第56頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二D：壓強(qiáng)變化時(shí)，液體的

22、粘度基本不變，氣體粘度隨壓強(qiáng)增加而增加很少，一般情況下可以忽略，只有在極低或極高壓強(qiáng)下才需要考慮。二、流體的粘度1、粘度的物理意義：促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力提示：A：粘度是與速度梯度相聯(lián)系，流體只有 運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)；B：粘度是流體物理性質(zhì)之一，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定；C：液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度隨 溫度的升高而增大；第57頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二2、粘度的單位及換算4、混合物的粘度第58頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二132 非牛頓型流體 凡是符合牛頓粘性定律的流體稱(chēng)為牛頓型流體。 凡是不符合牛頓粘性定律的流體稱(chēng)為

23、非牛頓型流體。 第59頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二133 流動(dòng)類(lèi)型與雷諾準(zhǔn)數(shù) 一、雷諾實(shí)驗(yàn) 2、湍流流動(dòng)（紊流流動(dòng)）：質(zhì)點(diǎn)做無(wú)規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)，相互碰撞，并產(chǎn)生大大小小的旋渦。 三、雷諾準(zhǔn)數(shù)注：凡是幾個(gè)有內(nèi)在聯(lián)系的物理量按無(wú)因次條件組合起 來(lái)的數(shù)群稱(chēng)為準(zhǔn)數(shù)或無(wú)因次數(shù)群（包含了各物理量之間 的聯(lián)系，又能說(shuō)明某一現(xiàn)象或過(guò)程的一些本質(zhì)）二、流體流動(dòng)的兩種類(lèi)型：1、滯流流動(dòng)（層流流動(dòng)）：質(zhì)點(diǎn)沿管軸有規(guī)則的平行運(yùn)動(dòng) 第60頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第三節(jié)流體的流動(dòng)現(xiàn)象134 滯流與湍流 流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式 2、流體在圓管內(nèi)的速度分布滯流 湍

24、流 3、流體在直管內(nèi)的流動(dòng)阻力 滯流與湍流的區(qū)別 （本質(zhì)區(qū)別）第61頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二135 邊界層的概念 邊界層的形成及邊界層的發(fā)展2.邊界層的分離 平板上邊界層的形成與發(fā)展 圓管內(nèi)的邊界層形成與發(fā)展 第62頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第四節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因：1、流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)摩擦，是流動(dòng)阻 力產(chǎn)生的根源； 2、固定的管壁或其它形狀的固體壁面，促使流動(dòng)的 流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件。流動(dòng)阻力直管阻力局部阻力 直管阻力:流體流過(guò)直管而產(chǎn)生的阻力損失 局部阻力：由于流

25、體流經(jīng)管路中的管件、閥門(mén)及 管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。 第63頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二強(qiáng)調(diào)：流體流過(guò)水平放置的圓形直管，且無(wú)外功加入時(shí)，兩截面壓強(qiáng)差就等于由于阻力損失產(chǎn)生的壓強(qiáng)降。 第64頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二141流體在直管中的流動(dòng)阻力直管阻力通式的推導(dǎo) 第65頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二141流體在直管中的流動(dòng)阻力 第66頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二141流體在直管中的流動(dòng)阻力管壁絕對(duì)粗糙度：指壁面凸出部分的平均高度 管壁相對(duì)粗糙度： /d摩

26、擦系數(shù)f(Re, /d) 2、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 粗糙度與摩擦系數(shù)的關(guān)系1 粗糙度與摩擦系數(shù)的關(guān)系3 粗糙度與摩擦系數(shù)的關(guān)系2 第67頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二3、滯流時(shí)的摩擦系數(shù):如圖 第68頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第69頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二定理：a）任何因次一致的物理方程都可以表示為一組無(wú)因次數(shù)群的零函數(shù) b）無(wú)因次數(shù)群1， 2， 3，的數(shù)目i等于影響該現(xiàn)象的物理量數(shù)目n減去用以表示這些物理量的基本因次的數(shù)目m4、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)和因次分析 因次分析方法的目的： 因次分析方法的基

27、礎(chǔ)或依據(jù)：因次一致性原則：根據(jù)基本物理規(guī)律導(dǎo)出的物 理方程，其中各項(xiàng)的因次必然相同。 因次一致性原則和定理第70頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二4、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)和因次分析第71頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第72頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第73頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第74頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第75頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二4）完全湍流區(qū)：圖中虛線以上的區(qū)域， 與Re無(wú)關(guān)，僅與/d有關(guān)。阻力平方區(qū)利用以

28、/d為參數(shù)，標(biāo)繪Re和關(guān)系圖查取摩擦系數(shù) 該圖分為四個(gè)區(qū)域： 1)滯流區(qū)：Re4000及虛線以下的區(qū)域，特點(diǎn)是 f(Re, /d) 當(dāng)/d一定， 隨Re的增大而減小，Re值增至某一數(shù)值后下降緩慢。 Re值一定，隨 /d增大而增大。 第76頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二5、流體在非圓形直管內(nèi)的流動(dòng)阻力水力半徑：流體在流道里的流通截面A與潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度的比值。 第77頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二142 管路上的局部阻力1、突然擴(kuò)大和突然縮小 2、進(jìn)口和出口 3、管件與閥門(mén)進(jìn)口阻力系數(shù)，c=0.5;出口阻力系數(shù)。 e=1.0有關(guān)手冊(cè)中可查到第7

29、8頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二142 管路上的局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度的意義：流體流過(guò)某一管件或閥門(mén) 的局部阻力，相當(dāng)于流過(guò)一段與其具有相同 直徑、長(zhǎng)度le的直管阻力。第79頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二143 管路系統(tǒng)中的總能量損失第80頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第五節(jié) 管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路 復(fù)雜管路 分支管路 匯合管路 并聯(lián)管路一、簡(jiǎn)單管路的計(jì)算 1、管路計(jì)算中的常用方法試差法 2、簡(jiǎn)單管路分析第81頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二一、管路計(jì)算中的試差法對(duì)于后兩種情況該如何計(jì)算？在實(shí)際工

30、作中常見(jiàn)的情況有：1、已知管徑、管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)的設(shè)置及流體的輸 送量，求流體通過(guò)管路系統(tǒng)的能量損失，以便進(jìn)一步 確定輸送設(shè)備所加入的外功、設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)或設(shè)備 間的相對(duì)位置等。2、已知管徑、管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)的設(shè)置及允許的 能量損失，求流體的流速或流量。3、已知管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度、流體的流 量及允許的能量損失，求管徑。試差法第82頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二一、管路計(jì)算中的試差法第83頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第84頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二二、簡(jiǎn)單管路的分析 條件：高位槽內(nèi)液面維持恒定， 各管

31、段管徑相同總阻力損失為定值第85頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二結(jié)論： 1、任何局部阻力的增加，將使管內(nèi)流速下降2、下游阻力增加，將使上游壓強(qiáng)增大3、上游阻力增加，將使下游壓強(qiáng)降低4、任何時(shí)刻，阻力損失表現(xiàn)為流體的勢(shì)能差增大第86頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二復(fù)雜管路 工程上常用的兩種處理方法：1、交點(diǎn)O的能量交換和損失與各股的流向和流速大小皆有關(guān)系，但可將單位質(zhì)量流體跨越交點(diǎn)的能量變化看作流過(guò)管件（三通）的局部阻力損失。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同情況下三通的局部阻力系數(shù)，當(dāng)流體流過(guò)交點(diǎn)時(shí)能量有所增加，則值為負(fù)， 否則為正值。 這樣，只要各股流向明確，

32、仍可跨越交點(diǎn)列 機(jī)械能衡算式求解。第87頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二2、如果輸送管路其它部分的阻力較大，如：三通阻力（單位質(zhì)量流體流過(guò)交點(diǎn)時(shí)的能量變化） 所占比例甚小，可以忽略。可不計(jì)三通阻力跨越交點(diǎn)列機(jī)械能衡算式， 所得結(jié)果是足夠準(zhǔn)確的第二種方法實(shí)際中常用第88頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二三、并聯(lián)管路的分析 并聯(lián)管路的特點(diǎn) 第89頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二四、分支管路的分析 分支管路的特點(diǎn)：1、盡管各支管長(zhǎng)短及直徑相差不一，但單位質(zhì)量流體 在各支管流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和相等第90頁(yè)，共10

33、6頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二分支管路分析： 因?yàn)楦髦废掠螇簭?qiáng)不變，有各支路流速增大因?yàn)榻稽c(diǎn)處壓強(qiáng)增大，主管路流速減小第91頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二特例：1、總管阻力可以忽略不計(jì)，以支管阻力為主支管路上的閥門(mén)關(guān)小，對(duì)分支點(diǎn)的壓強(qiáng)影響較小， 故對(duì)其它支管的流量幾乎沒(méi)有影響。2、總管阻力為主，支管阻力可以忽略 此時(shí)因?yàn)榕c各支管終端壓強(qiáng)相近，總管中的流量 將不因支管情況而變，即支管閥門(mén)的啟閉不影響 總流量，而僅僅改變各支管流量的分配。第92頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二五、匯合管路的分析 匯合管路 第93頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二第六節(jié) 流量測(cè)量一、測(cè)速管（皮托管）1、結(jié)構(gòu)：2、原理： 第94頁(yè)，共106頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)39分，星期二提示：1）測(cè)速管只能測(cè)出管截面上任一點(diǎn)的點(diǎn)速度2)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該在穩(wěn)定段 3）測(cè)速管的外徑不大于管道內(nèi)徑的1/504)測(cè)速管的制造精度