食品工程原理流體流動定稿PPT課件

1、預(yù)備知識預(yù)備知識 （一）流體（一）流體 在力的作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體。在力的作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體。 包括：包括：氣體氣體和和液體液體 （二）流體的研究意義（二）流體的研究意義 1 1、流體輸送、流體輸送 2 2、傳熱、傳質(zhì)與流體流動有關(guān)、傳熱、傳質(zhì)與流體流動有關(guān) （三）流體的研究方法（三）流體的研究方法 將流體視為由無數(shù)質(zhì)點組成的將流體視為由無數(shù)質(zhì)點組成的連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)，忽略分子間運動。忽略分子間運動。第1頁/共135頁第2頁/共135頁 1 1、壓縮性、壓縮性 在一定溫度下，壓力變化引起流體的在一定溫度下，壓力變化引起流體的體積體積相對變化的性質(zhì)。相對變化的性質(zhì)。 （1 1）液體

2、：）液體：可看作不可壓縮流體可看作不可壓縮流體 （2 2）氣體：）氣體：為可壓縮流體，為可壓縮流體， 壓力壓力 體積體積 第3頁/共135頁 2 2、膨脹性、膨脹性 在一定壓力下，溫度變化引起流體的在一定壓力下，溫度變化引起流體的體積體積相對變化的性質(zhì)。相對變化的性質(zhì)。 （1 1）液體：）液體：溫度溫度 體積體積 （2 2）氣體：）氣體：溫度溫度 體積體積 ，影響更大。，影響更大。第4頁/共135頁 （一）密度、比體積與相對密度（一）密度、比體積與相對密度 1、密度、密度 流體在空間某點上質(zhì)量與體積之比，單位為：流體在空間某點上質(zhì)量與體積之比，單位為：kg/m3（SI）或）或g/cm3，表達式

3、為：表達式為：vm（1-11-1）式中式中 流體的密度，流體的密度，kg/m3； m 流體的質(zhì)量，流體的質(zhì)量，kg； v 流體的體積，流體的體積，m3。第5頁/共135頁 （1 1）液體密度）液體密度 隨壓力的變化很小，隨溫度稍有改變。液體密度值可查表獲得。隨壓力的變化很小，隨溫度稍有改變。液體密度值可查表獲得。 溫度升高，密度降低。溫度升高，密度降低。 （2 2）氣體密度）氣體密度 隨壓力和溫度的變化較大。隨壓力和溫度的變化較大。 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，氣體密度可近似地按理想氣體狀態(tài)方程式當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，氣體密度可近似地按理想氣體狀態(tài)方程式計算：計算：第6頁/共135頁 理

4、想氣體狀態(tài)方程式 式中 p氣體的絕對壓力，Pa T氣體的熱力學(xué)溫度，K M氣體的摩爾質(zhì)量，kg/ mol m氣體的質(zhì)量，kg R摩爾氣體常量，R=8.314J/（molK）RTpMVmRTMmpV第7頁/共135頁 （3）氣體混合物的密度計算氣體混合物的密度計算氣體混合物的組成通常用體積分數(shù)（或摩爾分數(shù)）氣體混合物的組成通常用體積分數(shù)（或摩爾分數(shù)）表示?，F(xiàn)以表示?，F(xiàn)以1m1m3 3混合氣體為基準(zhǔn)，流體混合物在混合氣體為基準(zhǔn)，流體混合物在混合前后質(zhì)量不變，則混合前后質(zhì)量不變，則1m1m3 3混合氣體的質(zhì)量為各混合氣體的質(zhì)量為各組分的質(zhì)量之和，故其密度組分的質(zhì)量之和，故其密度mm的計算式為：的計算

5、式為：氣體的摩爾分數(shù)混合氣體中氣體的密度混合前iym，kgiyiiniiim/31第8頁/共135頁 如果氣體混合物可以按照理想氣體處理時，其平均如果氣體混合物可以按照理想氣體處理時，其平均密度密度mm的計算時，氣體混合物的平均摩爾質(zhì)量的計算時，氣體混合物的平均摩爾質(zhì)量MMmm可可按下式計算：按下式計算：的摩爾質(zhì)量混合氣體中組分 iMyMMiniiim1第9頁/共135頁 液體混合物的組成常用組分的液體混合物的組成常用組分的質(zhì)量分數(shù)表示。以質(zhì)量分數(shù)表示。以1kg1kg混合液體為混合液體為基準(zhǔn)，假如各組分在混合前后其體基準(zhǔn)，假如各組分在混合前后其體積不變，則積不變，則1kg1kg混合物的體積等于

6、混合物的體積等于各組分單獨存在時的體積之和，故各組分單獨存在時的體積之和，故液體混合物密度液體混合物密度mm的計算式為：的計算式為：的質(zhì)量分數(shù)混合液中組分 iwwiniiim1第10頁/共135頁 例例1 1：已知某酸液和水在室溫下的密度分別為：已知某酸液和水在室溫下的密度分別為1830kg/m1830kg/m3 3與與998kg/m998kg/m3 3，求酸液的，求酸液的質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為0.40.4時水溶液的密度。時水溶液的密度。 解：應(yīng)用混合液體密度公式，則有：解：應(yīng)用混合液體密度公式，則有：第11頁/共135頁 （1 1）定義）定義 指流體的密度與參考物質(zhì)的密度在兩種物質(zhì)規(guī)定條件下之

7、比，以符號指流體的密度與參考物質(zhì)的密度在兩種物質(zhì)規(guī)定條件下之比，以符號d d 表示。表示。 工程上常用常壓下工程上常用常壓下44的純水的純水作為參考物質(zhì)。作為參考物質(zhì)。 （2 2）意義）意義 是物質(zhì)的重要物理性質(zhì)，通過測定相對密度，可以間接判斷其組成，且使用是物質(zhì)的重要物理性質(zhì)，通過測定相對密度，可以間接判斷其組成，且使用方便。方便。第12頁/共135頁 通過測定蔗糖溶液的相對密度來間接通過測定蔗糖溶液的相對密度來間接判斷該糖溶液的濃度。判斷該糖溶液的濃度。第13頁/共135頁 為密度的倒數(shù)，即：流體體積與質(zhì)量之比，用為密度的倒數(shù)，即：流體體積與質(zhì)量之比，用v v表示。表示。 v=V/m=1/

8、v=V/m=1/ 比體積是密度的倒數(shù)，比體積是密度的倒數(shù)，單位為單位為m m3 3/kg. /kg. 第14頁/共135頁 1 1、定義、定義 垂直作用于流體單位表面積上的力，稱為流體的壓強，簡稱垂直作用于流體單位表面積上的力，稱為流體的壓強，簡稱壓強壓強。習(xí)慣上。習(xí)慣上稱為稱為壓力壓力，用，用p p表示。表示。 壓力的單位：壓力的單位：帕斯卡帕斯卡（PaPa），即：），即：N/mN/m2 2 ( (法定單位法定單位););還有：還有：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atmatm）、）、kgf/cmkgf/cm2 2；某流體液柱高度等。；某流體液柱高度等。第15頁/共135頁 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=1

9、01300Pa =101.3kPa = 760mmHg =10.33mH2O 第16頁/共135頁（1 1）絕對壓力（絕壓），）絕對壓力（絕壓），p pabab 以絕對真空以絕對真空( (即零大氣壓即零大氣壓) )為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)（0 0）（2 2）表壓力（表壓）表壓力（表壓）, p, pe e 以當(dāng)?shù)卮髿鈮阂援?dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)（為基準(zhǔn)（a a），表），表示被測流體絕對壓力高于大氣壓力的示被測流體絕對壓力高于大氣壓力的數(shù)值，用于被測流體絕對壓力大于外數(shù)值，用于被測流體絕對壓力大于外界大氣壓的情況。界大氣壓的情況。 p pe e p pababp pa a 表壓力表壓力用用壓力表壓力表測定。測定。第1

10、7頁/共135頁壓力表壓力表第18頁/共135頁第19頁/共135頁 （3 3）真空度（負表壓）真空度（負表壓）, , p pvmvm 用于被測流體絕對壓力小于大氣壓時。用于被測流體絕對壓力小于大氣壓時。 p pvmvm p pa ap pabab 真空度用真空度用真空表真空表測定。測定。 （4 4）說明）說明 在在表示壓力表示壓力時，必須標(biāo)明計量基準(zhǔn)，即絕壓、表壓或真空度。時，必須標(biāo)明計量基準(zhǔn)，即絕壓、表壓或真空度。 在在計算壓力差計算壓力差時，必須要采用同一計量基準(zhǔn)（絕壓、表壓或真空時，必須要采用同一計量基準(zhǔn)（絕壓、表壓或真空度）。度）。第20頁/共135頁真空表真空表第21頁/共135頁

11、 注意：注意：此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮?。如不加說明時均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計算。此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮?。如不加說明時均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計算。圖圖 絕對壓力、表壓和真空度的關(guān)系絕對壓力、表壓和真空度的關(guān)系（a）測定壓力）測定壓力大氣壓（大氣壓（b）測定壓力）測定壓力0(屈服應(yīng)力), 流體始相對運動牛頓流體牛頓流體 (對照對照)0非時變性非牛頓流體第72頁/共135頁Herschel-Bulkley公式n)dyduK(0剪稀流體,0=0， n1賓哈姆流體,0 0， n=1塑性流體,00 ，n1牛頓流體,0=0 ，n=1而常數(shù)K就相應(yīng)于黏度0-屈服應(yīng)力；K-稠度系數(shù)；n-流變系數(shù)第73頁/共1

12、35頁 （一）流體的流動類型（一）流體的流動類型 1 1、雷諾實驗雷諾實驗 圖圖 雷諾實驗雷諾實驗第74頁/共135頁圖（圖（a a）層流）層流圖（圖（b b）湍流）湍流第75頁/共135頁q流速小時，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條流速小時，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明，水的質(zhì)點在管內(nèi)都是沿著與管軸平行直線。表明，水的質(zhì)點在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運動，各層之間沒有質(zhì)點的遷移。的方向作直線運動，各層之間沒有質(zhì)點的遷移。q當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到某一臨界值時，當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到某一臨界值時，有色細流便出現(xiàn)抖動而成波浪形細線，并且不規(guī)則有色細流便出現(xiàn)抖動而成波浪

13、形細線，并且不規(guī)則地波動；地波動； q速度再增，細線的波動加劇，整個玻璃管中的水速度再增，細線的波動加劇，整個玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時流體的流動狀況已發(fā)呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。生了顯著地變化。 第76頁/共135頁q（1 1）層流（滯流）層流（滯流）q 當(dāng)流體在管中流動時，若其質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點之間沒有遷移，互不混當(dāng)流體在管中流動時，若其質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點之間沒有遷移，互不混合，整個管的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動。合，整個管的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動。q 典型流體：典

14、型流體：低速、高黏液體，在多孔介質(zhì)中流動的流體。低速、高黏液體，在多孔介質(zhì)中流動的流體。第77頁/共135頁q（2 2）湍流（紊流）湍流（紊流）q 當(dāng)流體在管道中流動時，流體質(zhì)點除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點的當(dāng)流體在管道中流動時，流體質(zhì)點除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都會發(fā)生變化，質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合，這種運動速度在大小和方向上都會發(fā)生變化，質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合，這種流動狀態(tài)稱為流動狀態(tài)稱為湍流湍流或或紊流紊流。q 典型流體：典型流體：低黏液體輸送，傳熱輸送低黏液體輸送，傳熱輸送第78頁/共135頁 雷諾數(shù)是一個數(shù)群，用雷諾數(shù)是一個數(shù)群，用ReRe表示，由流體

15、的流速表示，由流體的流速u u ，管徑管徑d d，流體密度，流體密度，流體的粘度，流體的粘度四個因素組合而四個因素組合而成。成。 ReRe 數(shù)是一個量綱一的特征數(shù)，表示慣性力和黏滯力數(shù)是一個量綱一的特征數(shù)，表示慣性力和黏滯力的對比。的對比。duRe 雷諾數(shù)的量綱為1TMLTMLMLLTLdim0001131Re第79頁/共135頁大量實驗表明：大量實驗表明：qReRe20002000，流動類型為層流；，流動類型為層流；qReRe40004000，流動類型為湍流；，流動類型為湍流；q20002000ReRe40004000，流動類型不穩(wěn)定，流動類型不穩(wěn)定q 可能是層流，也可能是湍流，或是可能是層

16、流，也可能是湍流，或是兩者交替出現(xiàn)，與外界干擾情況有關(guān)。兩者交替出現(xiàn)，與外界干擾情況有關(guān)。 計算計算ReRe時，時，流速流速u u單位取單位取m/sm/s ，管徑，管徑d d單位取單位取m m，流體密度，流體密度單位取單位取kg/mkg/m3 3，流體，流體的黏度的黏度單位取單位取PaPas s 第80頁/共135頁四、邊界層的概念 邊界層的形成yxcusxusus滯流邊界層湍流邊界層滯流內(nèi)層邊界層 平板壁面附近速度梯度較大的區(qū)域主流區(qū) 邊界層外速度梯度可忽略的區(qū)域第81頁/共135頁3.邊界層的分離uoxEDDCBA倒流流體流經(jīng)曲面，或其他形狀物體的表面時，產(chǎn)生邊界層與固體表面分離并形成旋渦

17、的現(xiàn)象.第82頁/共135頁1-7 流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布1.7A 層流的速度分布層流的速度分布1.速度分布公式流體柱上的推動力作用于流體柱側(cè)表面 (A = 2rl )上的內(nèi)摩擦力drdurl)(AFrr2推動力與阻力大小相等，方向相反drdurl)(rpr222221rprpp第83頁/共135頁rurl)(rprdd22rrlpurd2drRru0rrlpurd2d)r(Rlpu22r4在管軸線上，r = 02maxRlpu4)(uuRrmaxr221在管壁處，在管壁處，r = R, ur = 00rRumax第84頁/共135頁2. 2.平均流速平均流速半徑為r 處

18、，環(huán)形截面面積：dA=2rdrr)r(uAuqrrvd2ddrdrRr)Rr(ruqmaxvd12d22r)Rrr(uqRmaxvd12022max2uR21平均流速maxmaxvuRuRAqu21212228Rlpu 泊稷葉（Poiseuille）方程232lu/dp 24Rlpumax)(uuRrmaxr221第85頁/共135頁圖1-16速度分布為拋物線形狀。速度分布為拋物線形狀。管中心的流速最大；管中心的流速最大；速度向管壁的方向漸減；速度向管壁的方向漸減；靠管壁的流速為零；靠管壁的流速為零；平均速度為最大速度的一半平均速度為最大速度的一半 流體在圓管內(nèi)的層流速度分布流體在圓管內(nèi)的層流

19、速度分布第86頁/共135頁 2 2、流體在圓管、流體在圓管中湍流時的速度分布中湍流時的速度分布 湍流湍流速度分布為非嚴格拋物線速度分布為非嚴格拋物線速度分布有兩個區(qū)域：中速度分布有兩個區(qū)域：中心心( (較平坦較平坦); ); 近管壁速度梯近管壁速度梯度很大；度很大；靠管壁的流速為零；靠管壁的流速為零；平均速度為最大速度的約平均速度為最大速度的約0.80.8倍倍第87頁/共135頁1-8 1-8 管內(nèi)流體流動的直管阻力管內(nèi)流體流動的直管阻力1.8A 1.8A 直管阻力公式1.8B 1.8B 層流的摩擦因數(shù)1.8C 1.8C 湍流的摩擦因數(shù)1-9 1-9 管內(nèi)流體流動的局部阻力管內(nèi)流體流動的局部

20、阻力1.9A 1.9A 阻力因數(shù)法1.9B 1.9B 當(dāng)量長度法流體流動的阻力， 分為直管阻力和局部阻力 。第88頁/共135頁 （1）粗糙度的產(chǎn)生粗糙度的產(chǎn)生 材料與加工精度；材料與加工精度； 光滑管：玻璃管，銅管等；光滑管：玻璃管，銅管等； 粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。 使用時間；使用時間； 絕對粗糙度可查表或相關(guān)手冊。絕對粗糙度可查表或相關(guān)手冊。第89頁/共135頁 （2）絕對粗糙度與相對粗糙度絕對粗糙度與相對粗糙度 絕對粗糙度：絕對粗糙度： ，管壁粗糙部分的平均高度。管壁粗糙部分的平均高度。 相對粗糙度：相對粗糙度： /d/ddu第90頁/共135頁 （3 3）粗糙

21、度對流體流動類型的影響）粗糙度對流體流動類型的影響 層流運動：層流運動： 流體運動速度較慢流體運動速度較慢, , 與管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系數(shù)與與管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系數(shù)與 無關(guān)，無關(guān)， 只與只與R Re e有關(guān)。層流時，有關(guān)。層流時， 在粗糙管的流動與在光滑管的流動相同。在粗糙管的流動與在光滑管的流動相同。 湍流運動湍流運動 管壁的粗糙度對阻力、能量的損失有較大的影響。管壁的粗糙度對阻力、能量的損失有較大的影響。第91頁/共135頁 流體在管路中的流動阻力可分為流體在管路中的流動阻力可分為直管阻力直管阻力和和局部阻力局部阻力兩類。兩類。 直管阻力：直管阻力：又稱沿程阻力。流體流

22、經(jīng)一定直徑的直管時所產(chǎn)生的阻力。又稱沿程阻力。流體流經(jīng)一定直徑的直管時所產(chǎn)生的阻力。 局部阻力：局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門及進出口時，由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。流體流經(jīng)管件、閥門及進出口時，由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。 總能量損失：總能量損失：為直管阻力與局部阻力所引起能量損失之總和。為直管阻力與局部阻力所引起能量損失之總和。第92頁/共135頁1-8 1-8 管內(nèi)流體流動的直管阻力管內(nèi)流體流動的直管阻力1.8A 直管阻力公式直管阻力公式fhupgzupgz2222222111不變徑水平管z1=z2 u1=u2=uppphf21穩(wěn)定流動，推動力和摩擦阻力平衡：dldp24l/dp4uP

23、1dFFP21122第93頁/共135頁2822udluhfl/dp4phfdlhf42u8令22udlhf摩擦因數(shù)（friction coefficient）是量綱一的常數(shù)范寧（Fanning）公式(J/Kg)另兩種直管阻力表示式另兩種直管阻力表示式壓頭損失壓頭損失gudlghHff22(m)壓力損失(Pa)22udlhpff第94頁/共135頁1.8B 層流的摩擦因數(shù)層流的摩擦因數(shù)壓力損失2fdlup322ffdluph322642udldu2642fudlReh與范寧公式對照與范寧公式對照22fudlhRe64層流摩擦因數(shù)的理論公式 (P35例題）(Pa)(J/kg)第95頁/共135頁

24、1.8C 湍流的摩擦因數(shù)湍流的摩擦因數(shù) 湍流復(fù)雜，影響摩擦因數(shù)的變量較多。工程研究湍流復(fù)雜，影響摩擦因數(shù)的變量較多。工程研究中，只能通過實驗建立經(jīng)驗關(guān)系式。中，只能通過實驗建立經(jīng)驗關(guān)系式。 研究此類工程問題，為減少實驗次數(shù)，簡化數(shù)據(jù)研究此類工程問題，為減少實驗次數(shù)，簡化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)工作，經(jīng)常用量綱分析法（關(guān)聯(lián)工作，經(jīng)常用量綱分析法（dimensional analysis) ，建立特征數(shù)方程。建立特征數(shù)方程。1.量綱分析法 因次一致性原則因次一致性原則 物理方程各量代以量綱式，物理方程各量代以量綱式，方程兩邊相同基本量的量綱指數(shù)（因次）相等。方程兩邊相同基本量的量綱指數(shù)（因次）相等。定理定理 特征

25、數(shù)數(shù)目特征數(shù)數(shù)目=物理量數(shù)目基本量數(shù)目物理量數(shù)目基本量數(shù)目 ),u,l,(d,pff管子的絕對粗糙度，管子的絕對粗糙度，m。fedcbafulkdp第96頁/共135頁各物理量的量綱為：各物理量的量綱為：dimp = ML-1T-2 dimd = Ldiml = L dimu = LT-1dim=ML-3 dim =ML-1T-1dim= Lfedcbafulkdp 各量的量綱代入下式：各量的量綱代入下式：得得 ML-1T-2=kLaLb(LT-1)c(ML-3)d(ML-1T-1)eLfML-1T-2=kMd+eLa+b+c-3d-e+f T-c-e按因次一致性原則：對對M 1 = d+e對

26、L -1 = a+b+c-3d-e+f對T -2 = -c-ea,c,d可表示為可表示為b,e,f 的函數(shù)的函數(shù)d=1-ec=2-ea=-b-e-f第97頁/共135頁fedcbafulkdp d=1-ec=2-ea=-b-e-ffee1e2bfebfulkdp將指數(shù)相同的物理量并在一起：將指數(shù)相同的物理量并在一起：bfe2f)dl()d()duk(up式中包含式中包含4個量綱一的特征數(shù)（符合個量綱一的特征數(shù)（符合定理）：定理）：歐拉數(shù)歐拉數(shù)2fupEu 壓力損失壓力損失/慣性力慣性力雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re = du/ 慣性力慣性力/粘性力粘性力相對粗糙度相對粗糙度 /d長徑比長徑比 l/d實驗證

27、明實驗證明lpf即即 b=1222fefudl)d(kRep第98頁/共135頁222fefudl)d(kRep與下式比較：與下式比較：22fudlp可得可得fe)d(kRe 2/d)(Re,f即即對對光滑管光滑管, 0, 即即只與只與Re有關(guān)有關(guān)常用光滑管摩擦因數(shù)的公式：0.250.3164Re 對對粗糙管粗糙管，根據(jù)已知，根據(jù)已知Re和和/d值，由值，由摩擦因數(shù)圖摩擦因數(shù)圖求求最為適用。最為適用。適用范圍：Re=2500105第99頁/共135頁2.摩擦因數(shù)圖1944年年Moody按式按式/d)(Re,f據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制第100頁/共135頁層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)完全湍流，粗糙管光滑管Re /d

28、 - -關(guān)聯(lián)圖關(guān)聯(lián)圖第101頁/共135頁摩擦因數(shù)圖的分區(qū)A.層流區(qū) （Re2000） 此區(qū)域流體作層流流動， 與管壁面的粗糙度無關(guān)，而與Re成直線關(guān)系，=64/ReA B.過渡區(qū)（2000 Re4000）摩擦因數(shù)是Re和管壁面相對粗糙度/d 的函數(shù)。CD.完全湍流區(qū) （圖中虛線以上的區(qū)域）曲線近乎水平直線，值基本上不隨Re而變化。D第102頁/共135頁 例例1-9 (P38)1-9 (P38) 在內(nèi)徑為在內(nèi)徑為100mm100mm的無縫鋼管中輸送一種溶液，其流速是的無縫鋼管中輸送一種溶液，其流速是1.8m/s1.8m/s，溶液的密，溶液的密度是度是1100kg/m1100kg/m3 3，黏

29、度是，黏度是2.1mPas2.1mPas。試求每。試求每100m100m長無縫鋼管的壓力損失。倘長無縫鋼管的壓力損失。倘若由于管子腐蝕，其絕對粗糙度增至原來的若由于管子腐蝕，其絕對粗糙度增至原來的1010倍，管內(nèi)壓力損失增大的百分率倍，管內(nèi)壓力損失增大的百分率是多少？是多少？第103頁/共135頁 （一）管路系統(tǒng)（一）管路系統(tǒng) 1 1、組成：、組成：由管、管件、閥門以及輸送機械等組成的。由管、管件、閥門以及輸送機械等組成的。 2 2、作用：、作用：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來，擔(dān)負輸送任務(wù)。將生產(chǎn)設(shè)備連接起來，擔(dān)負輸送任務(wù)。 第104頁/共135頁 流體流經(jīng)管件時，其速度的大小、方向流體流經(jīng)管件時，其速

30、度的大小、方向等發(fā)生變化，出現(xiàn)漩渦，內(nèi)摩擦力增大，形等發(fā)生變化，出現(xiàn)漩渦，內(nèi)摩擦力增大，形成局部阻力。成局部阻力。 局部阻力以湍流為主，層流很少見，局部阻力以湍流為主，層流很少見，因為層流流體受阻后一般不能保持原有的流因為層流流體受阻后一般不能保持原有的流動狀態(tài)。動狀態(tài)。 常見的局部阻力有：常見的局部阻力有：突突擴擴突突縮縮彎彎頭頭三三通通第105頁/共135頁（三）計算方法（三）計算方法22ufh 為局部阻力系數(shù)。由實驗得出，可查表或為局部阻力系數(shù)。由實驗得出，可查表或圖。圖?？傋枇Γ嚎傋枇Γ篽f=hf+ hf=(l/d+)u2/2 1、阻力因數(shù)法阻力因數(shù)法第106頁/共135頁例 鮮牛奶以

31、流量5000kg/h從貯奶罐輸送至殺菌器，管子為38mm1.5mm的不銹鋼管，管子長度12m,中間有一只搖板式單向閥，三只90彎頭，計算管路摩擦阻力。已知黏度為3mPas,密度為1040kg/m3。解 1.算出流速：1.39m/s(0.035)/4)()/3600(5000/10402/Aquv2.算出Re:4101.693/100010401.390.035duRe 3.查出： 由表1-3查出： 0.15mm0.150.004335d第107頁/共135頁再由/d 和Re兩值，在摩擦因數(shù)圖上查得：= 0.0354.由阻力因數(shù)表查阻力因數(shù)：1只搖板式單向閥 2.03只90彎頭 30.75管子入

32、口 (突縮) 0.5管子出口(突擴) 1.05.755.求摩擦損失：2)(2udlhf2121.390.0355.7517.1J /kg0.0352第108頁/共135頁1.9B 當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法將局部阻力折合成相當(dāng)于某個長度的圓直管的直管阻力,此長度則稱為當(dāng)量長度 le 。則局部阻力可按直管阻力的計算方法求之：22udlhef求求總阻力總阻力時，時，直管阻力直管阻力和和局部阻力局部阻力可合并計算：可合并計算：22udllhhhefffel各局部當(dāng)量長度之和各局部當(dāng)量長度之和強調(diào)：在計算局部阻力損失時，即可用強調(diào)：在計算局部阻力損失時，即可用阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法，又可用，又可用當(dāng)量長度法當(dāng)

33、量長度法，但不能重復(fù)計算。，但不能重復(fù)計算。第109頁/共135頁第110頁/共135頁 例例1-11 (P41)1-11 (P41) 有一段內(nèi)徑有一段內(nèi)徑40mm40mm的無縫鋼管，管長的無縫鋼管，管長30m30m，管段內(nèi)有一全開的截止閥和兩個，管段內(nèi)有一全開的截止閥和兩個標(biāo)準(zhǔn)彎頭，管內(nèi)水的流速為標(biāo)準(zhǔn)彎頭，管內(nèi)水的流速為1.5m/s1.5m/s，求水流過這段管路的阻力。，求水流過這段管路的阻力。第111頁/共135頁第112頁/共135頁管路計算是：管路計算是：連續(xù)性方程連續(xù)性方程：uAuA常數(shù)常數(shù)伯努利方程伯努利方程: : 摩擦阻力計算式：摩擦阻力計算式：的具體應(yīng)用。的具體應(yīng)用。fupup

34、hgzWegz222122221122udlfh第113頁/共135頁 1 1、已知流量、管徑、已知流量、管徑d d、管長、管長l l以及管件和閥門的設(shè)置，求管路系統(tǒng)的能量損失，以及管件和閥門的設(shè)置，求管路系統(tǒng)的能量損失，以進一步確定所需外功、設(shè)備內(nèi)的壓強或設(shè)備間的相對位置。以進一步確定所需外功、設(shè)備內(nèi)的壓強或設(shè)備間的相對位置。 2 2、已知管長、已知管長l l、管路系統(tǒng)的能量損失、管路系統(tǒng)的能量損失hhf f以及管件和閥門的設(shè)置，求管徑以及管件和閥門的設(shè)置，求管徑d d。 已知管徑已知管徑d d、管長、管長l l、管路系統(tǒng)的能量損失、管路系統(tǒng)的能量損失hhf f以及管件和閥門的設(shè)置，求流量或

35、以及管件和閥門的設(shè)置，求流量或流速流速u u。第114頁/共135頁 1 1、計算流動阻力、計算流動阻力 題意：題意：一根水平安裝的光滑管，長一根水平安裝的光滑管，長20m20m，內(nèi)徑，內(nèi)徑50mm50mm，以，以0.18m0.18m3 3/min/min的穩(wěn)定流量的穩(wěn)定流量輸送水，求延管程的流動阻力和所需功率。已知水的黏度為輸送水，求延管程的流動阻力和所需功率。已知水的黏度為1mPas1mPas，密度是，密度是1000kg/m1000kg/m3 3。第115頁/共135頁 2 2、計算管徑、計算管徑 題意：題意：鋼管管路總長鋼管管路總長20m20m，水流量，水流量27m27m3 3/h,/h

36、,輸輸送過程中允許壓頭損失為送過程中允許壓頭損失為4m4m水柱，求管子直水柱，求管子直徑。已知水的黏度為徑。已知水的黏度為1mPas1mPas，密度是，密度是1000kg/m1000kg/m3 3，鋼管的絕對粗糙度為，鋼管的絕對粗糙度為0.2mm0.2mm。 3 3、計算流量、計算流量 題意：題意：采用采用1081084mm4mm的不銹鋼管輸送牛奶，的不銹鋼管輸送牛奶，管路總長管路總長120m120m，管路中允許的總能量損失為，管路中允許的總能量損失為200J/kg200J/kg，牛奶的黏度為，牛奶的黏度為2mPas2mPas，密度是，密度是1030kg/m1030kg/m3 3，鋼管的相對粗

37、糙度為，鋼管的相對粗糙度為0.0020.002，試，試計算管路中牛奶的流量。計算管路中牛奶的流量。第116頁/共135頁 1 1、并聯(lián)管路、并聯(lián)管路 對不可壓縮流體，忽略分流與匯合處局部阻力，有：對不可壓縮流體，忽略分流與匯合處局部阻力，有： （1 1）總管流量等于各支管流量之和）總管流量等于各支管流量之和 q qV V q qV1V1 q qV2V2 q qV3V3 （2 2）各支管阻力損失相同）各支管阻力損失相同 hf1 hf2hf3第117頁/共135頁 2 2、分支管路、分支管路 支管入口端相連，出口端不相連。支管入口端相連，出口端不相連。 （1 1）總管流量等于各支管流量之和）總管流

38、量等于各支管流量之和 q qVAVA q qVBVB q qVCVC （2 2）各支管中單位質(zhì)量流體總機械能與機械能損失之和相等）各支管中單位質(zhì)量流體總機械能與機械能損失之和相等 gZgZB B+u+uB B2 2/2+p/2+pB B/+/+hf,A-B =gZ =gZC C+u+uC C2 2/2+p/2+pC C/+/+hf,A-C 第118頁/共135頁例題解析例題解析 例例1 11515 題意：題意：內(nèi)徑內(nèi)徑300mm300mm的鋼管輸送的鋼管輸送2020的水，在的水，在2m2m長一段的主管路上并聯(lián)一根長一段的主管路上并聯(lián)一根60603.5mm3.5mm的的支管，支管上裝轉(zhuǎn)子流量計，支管長與局部阻力的當(dāng)支管，支管上裝轉(zhuǎn)子流量計，支管長與局部阻力的當(dāng)量長度之和為量長度之和為1010m m。由流量計讀數(shù)知支管內(nèi)水流量為。由流量計讀數(shù)知支管內(nèi)水流量為2.72m2.72m3 3/h,/h,已知主管與支管摩擦因數(shù)分已知主管與支管摩擦因數(shù)分別為別為0.0180.018和和0.030.