化工原理流體輸送

1、化工原理流體輸送第1頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第2頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第3頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二1. 研究流體流動(dòng)問題的重要性流體: 在剪應(yīng)力作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體稱 為流體。流體是氣體與液體的總稱。2 . 連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)第一節(jié) 流體靜力學(xué)第4頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3. 流體的特征 具有流動(dòng)性； 無固定形狀，隨容器形狀而變化； 受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不可壓縮流體：

2、流體的體積不隨壓力變化而變化， 如液體；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化， 如氣體。第5頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二不可壓縮流體：流體的體積如果不隨壓力及溫度變化，這種流體稱為不可壓縮流體。 實(shí)際上流體都是可壓縮的，一般把液體當(dāng)作不可壓縮流體；氣體應(yīng)當(dāng)屬于可壓縮流體。但是，如果壓力或溫度變化率很小時(shí)，通常也可以當(dāng)作不可壓縮流體處理。 可壓縮流體：流體的體積如果隨壓力及溫度變化，則稱為可壓縮流體。流體的壓縮性第6頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二1、單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度。kg/m3 2、單組分密度 液體 密度僅隨溫度變化。

3、（一）密度、比體積一、流體的物理性質(zhì)氣體 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想 氣體狀態(tài)方程計(jì)算： 第7頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3、混合物的密度 混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 氣體混合物中各組分的體積分率。 或混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。 第8頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 液體混合物中各組分的質(zhì)量分率。 4、比容單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。m3/kg 第9頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（二） 壓力與靜壓

4、強(qiáng) 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。 1、壓力的特性 流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面； 任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反； 作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。第10頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二2、壓力的單位壓力的單位: 帕斯卡, Pa, N/m2 (法定單位); 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, atm; 某流體在柱高度; bar（巴）或kgf/cm2等。 第11頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2(bar, 巴

5、) =10.33mH2O =760mmHg換算關(guān)系：注意：用液柱高度表示壓力時(shí)，必須指明流體的種類，如600mmHg，10mH2O等。 第12頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3、 壓力的表示方法 絕對(duì)壓力（absolute pressure） ：以絕對(duì)真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。表壓(gauge pressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)。它與絕對(duì)壓力的關(guān)系，可用下式表示： 表壓絕對(duì)壓力大氣壓力 真空度（vacuum）：當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，其低于大氣壓的數(shù)值，即： 真空度大氣壓力絕對(duì)壓力 注意：此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮?。在本章中如不加說明時(shí)均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣

6、壓計(jì)算。第13頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二表 壓 = 絕對(duì)壓力 大氣壓力真空度 = 大氣壓力 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 絕對(duì)壓力 絕對(duì)真空 表壓 真空度 大氣壓 第14頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二二、 流體靜力學(xué)平衡方程 （一）、靜力學(xué)基本方程 重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力 （2）下端面所受總壓力 （3）液柱的重力設(shè)流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下第15頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二液柱處于靜止時(shí)，上述三項(xiàng)力的合力為零:靜力學(xué)基本方程 壓力形式能量形式第16頁，共1

7、23頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二討論：（1）適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性 流體；（2）物理意義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。 在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和保持不變 。第17頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（3）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓面。（4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 第18頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（

8、二）、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1. 壓力及壓力差的測(cè)量 （1）U形壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為 ，被測(cè)流體的密度為 。 A與A面 為等壓面，即而p1p2mRAA第19頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二所以整理得若被測(cè)流體是氣體， ，則有第20頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二討論：（1）U形壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測(cè)得流體的表壓或真空度； 表壓真空度p1pap1pa第21頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（2）指示液的選?。?指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密

9、度要大于被測(cè)流體密度。 應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 第22頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二思考：若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí)讀數(shù) R反映了什么？p1p2z2RAAz1第23頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（2）雙液體U管壓差計(jì) 擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 。 密度接近但不互溶的兩種指示 液A和C ；適用于壓差較小的場(chǎng)合。第24頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（3） 倒U形壓差計(jì) 指示劑密度小于被測(cè)流體密度，如空氣作為指示劑 （5） 復(fù)式壓差計(jì) （4） 傾斜式壓差計(jì) 適用于壓差較小的情況

10、。適用于壓差較大的情況。第25頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二例1-1 如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計(jì)， 指示液為水銀，讀數(shù) R250mm，h900mm。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計(jì)算該截面處的壓力。 第26頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第二節(jié) 流休在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量衡算 1. 體積流量 單位時(shí)間內(nèi)通過流道橫截面的流體體積。 m3/s或m3/h2.質(zhì)量流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。 kg/s或kg/h。

11、 一、流量與流速第27頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二4. 質(zhì)量流速 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。3.流速 （平均流速）單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。 kg/（m2s）m/s第28頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（二） 穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量?jī)H隨位置變化，而不隨時(shí)間變化； 不穩(wěn)定流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間變化。第29頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（三） 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量守恒連續(xù)性方程 對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管路中流體沒有

12、增加和漏失的情況下： 推廣至任意截面 連續(xù)性方程1122第30頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二不可壓縮性流體，圓形管道 ： 即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比 。第31頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二例1-3 如附圖所示，管路由一段894mm的管1、一段1084mm的管2和兩段573.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9103m/s的體積流量流動(dòng)，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。 3a123b第32頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二二、穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的總能量方程式 （

13、一）、穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的概念（二）、穩(wěn)定流動(dòng)體系的能量平衡第33頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第34頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（1）內(nèi)能 貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量。 1kg流體具有的內(nèi)能為U（J/kg）。衡算范圍：1-1、2-2截面以及管內(nèi)壁所圍成 的空間衡算基準(zhǔn)：1kg流體基準(zhǔn)面：0-0水平面（2）位能 流體受重力作用在不同高度所具有的能量。 1kg的流體所具有的位能為zg（J/kg）。 第35頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（3）動(dòng)能 1kg的流體所具有的動(dòng)能為 (J/kg) （4）靜壓能 靜壓能= 1kg的

14、流體所具有的靜壓能為 (J/kg)（5）熱 設(shè)換熱器向1kg流體提供的熱量為 (J/kg)。 lAV第36頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（6）外功(有效功) 1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為We (J/kg)。以上能量形式可分為兩類： 機(jī)械能：位能、動(dòng)能、靜壓能及外功，可用于輸 送流體； 內(nèi)能與熱：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w的能量。第37頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二2實(shí)際流體的機(jī)械能衡算 假設(shè) 流體不可壓縮， 則 流動(dòng)系統(tǒng)無熱交換，則 流體溫度不變， 則 (1) 以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn) 設(shè)1kg流體損失的能量為Wf（J/kg），有： (

15、1)式中各項(xiàng)單位為J/kg。并且實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有能量損失。第38頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（2）以單位重量流體為基準(zhǔn) 將(1)式各項(xiàng)同除重力加速度g :令 則 （2）式中各項(xiàng)單位為第39頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二z 位壓頭動(dòng)壓頭He外加壓頭或有效壓頭。靜壓頭總壓頭hf壓頭損失第40頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（3）以單位體積流體為基準(zhǔn) 將(1)式各項(xiàng)同乘以 :式中各項(xiàng)單位為（3）壓力損失第41頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3理想流體的機(jī)械能衡算 理想流體是指流動(dòng)中沒有摩擦阻

16、力的流體。 （4）（5）柏努利方程式 第42頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二4. 柏努利方程的討論 （1）若流體處于靜止，u=0，Wf=0，We=0，則柏努利方程變?yōu)?說明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。（2）理想流體在流動(dòng)過程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，即第43頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二Hz2210第44頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 We、Wf 在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得或消耗的能量。（3）zg、 、 某截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能 ；有效功率 ：軸功率

17、 ：第45頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（4）柏努利方程式適用于不可壓縮性流體。 對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng) 時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)以兩截面的平均密度m代替。第46頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二4柏努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力； 容器間的相對(duì)位置等。利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：第47頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（1）根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍 ；（2）位能基準(zhǔn)面的選取 必須與地面平行； 宜

18、于選取兩截面中位置較低的截面； 若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。 第48頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。 （3）截面的選取 與流體的流動(dòng)方向相垂直； 兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)； 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 第49頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 例1-4 如附圖所示，從高位槽向塔內(nèi)進(jìn)料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液hpa管為452.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.

19、2m（不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進(jìn)料口多少米？第50頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3.0m1120.3m200u第51頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3a4a第52頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二20m1.5m第53頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第三節(jié) 流體流動(dòng)現(xiàn)象一、牛頓粘性定律二、流動(dòng)類型三、流體在圓管內(nèi)的速度分布四、層流內(nèi)層第54頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為粘性。 流體粘性越大，其流動(dòng)性就越小。從桶

20、底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，這是因?yàn)楦视土鲃?dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力比水大的緣故。 一、牛頓粘性定律第55頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力或粘滯力。流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的大小，體現(xiàn)了流體粘性的大小。 設(shè)有上下兩塊平行放置而相距很近的平板，兩板間充滿著靜止的液體，如圖所示。xu=0yu第56頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 實(shí)驗(yàn)證明，兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（或稱為剪應(yīng)力）與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度成正比。 yxuu=0uyu/y表示速度沿法線方向上的變化率或

21、速度梯度。 第57頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 式中為比例系數(shù)，稱為粘性系數(shù)，或動(dòng)力粘度（viscosity），簡(jiǎn)稱粘度。上式所表示的關(guān)系，稱為牛頓粘性定律。 （1-33）第58頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二粘性是流體的基本物理特性之一。任何流體都有粘性，粘性只有在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出來。 u與y也可能時(shí)如右圖的關(guān)系，則牛頓粘性定律可寫成： 粘度的單位為Pas 。常用流體的粘度可查表。dyduoxy 上式中du/dy為速度梯度（1-33）第59頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二粘度的單位為: 從手冊(cè)中查得的粘度數(shù)

22、據(jù)，其單位常用CGS制單位。在CGS單位制中，粘度單位為 此單位用符號(hào)P表示，稱為泊。Ns/m2（或Pas）、P、 cP與的換算關(guān)系為 第60頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 運(yùn)動(dòng)粘度：流體粘度與密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度，用符號(hào)表示 / (1-34) 其單位為m2/s。而CGS單位制中，其單位為cm2/s，稱為斯托克斯，用符號(hào)St表示。 各種液體和氣體的粘度數(shù)據(jù)，均由實(shí)驗(yàn)測(cè)定?？稍谟嘘P(guān)手冊(cè)中查取某些常用液體和氣體粘度的圖表。 溫度對(duì)液體粘度的影響很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，液體的粘度減小，而氣體的粘度增大。壓力對(duì)液體粘度的影響很小，可忽略不計(jì)，而氣體的粘度，除非在極高或極低的壓力

23、下，可以認(rèn)為與壓力無關(guān)。 第61頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二(一)、雷諾實(shí)驗(yàn)二、流動(dòng)的形態(tài)第62頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。（二）、流型判據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù) 無因次數(shù)群第63頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二判斷流型Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)

24、；2000 Re 4000 時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2.物理意義 Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。 第64頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二三、 流體流動(dòng)邊界層（一）邊界層的形成與發(fā)展 流動(dòng)邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域， 即流速降為主體流速的99以內(nèi)的區(qū)域。 邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離。第65頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層： 邊界層區(qū)（邊界層內(nèi)）：沿板面法向的速度梯度很大，需考慮粘度的影響，剪應(yīng)力不可忽略。 主流區(qū)（邊界

25、層外）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體 。第66頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二邊界層流型：層流邊界層和湍流邊界層。層流邊界層：在平板的前段，邊界層內(nèi)的流型為層流。湍流邊界層：離平板前沿一段距離后，邊界層內(nèi)的流型轉(zhuǎn)為湍流。 第67頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界層 第68頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 充分發(fā)展的邊界層厚度為圓管的半徑； 進(jìn)口段內(nèi)有邊界層內(nèi)外之分 。 也分為層流邊界層與湍流邊界層。進(jìn)口段長(zhǎng)度：層流：湍流：第69頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，

26、星期二湍流流動(dòng)時(shí)：第70頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 湍流主體：速度脈動(dòng)較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動(dòng)而大大強(qiáng)化； 過渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)； 層流內(nèi)層：速度脈動(dòng)較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運(yùn)動(dòng)。層流內(nèi)層為傳遞過程的主要阻力Re越大，湍動(dòng)程度越高，層流內(nèi)層厚度越薄。第71頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二2. 邊界層的分離ABS第72頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二A C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減小（順壓梯度）；C S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增

27、加（逆壓梯度）；S點(diǎn)：物體表面的流體質(zhì)點(diǎn)在逆壓梯度和粘性剪應(yīng)力的作用下，速度降為0。SS以下：邊界層脫離固體壁面，而后倒流回來，形成渦流，出現(xiàn)邊界層分離。第73頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二邊界層分離的后果： 產(chǎn)生大量旋渦； 造成較大的能量損失。邊界層分離的必要條件： 流體具有粘性； 流動(dòng)過程中存在逆壓梯度。第74頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二第四節(jié) 管內(nèi)流動(dòng)阻力和速度分布直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而 產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速 大小及方向的改變而引起的阻力。 一、 直管阻力1、阻力的表現(xiàn)

28、形式 第75頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。第76頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二若管道為傾斜管，則 流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。 第77頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二2、直管阻力的通式 由于壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力：流體的摩擦力：令 定態(tài)流動(dòng)時(shí)第78頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二直管阻力通式（范寧Fanning公式） 摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)） 則 J/kg壓頭損失m壓力損失Pa 該公式層流與湍流均適用； 注

29、意 與 的區(qū)別。第79頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（一）層流時(shí)的速度分布 速度分布：流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),管截面上 質(zhì)點(diǎn)的速度隨半徑的變化關(guān)系。 層流時(shí)的速度分布 第80頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二由壓力差產(chǎn)生的推力 流體層間內(nèi)摩擦力 管壁處rR時(shí)，0，可得速度分布方程 第81頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二管中心流速為最大，即r0時(shí)， umax 管截面上的平均速度 :即層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的1/2。 即流體在圓形直管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)，其速度呈拋物線分布。第82頁，共123頁，2022年，5月20日

30、，17點(diǎn)3分，星期二（二）層流時(shí)的摩擦系數(shù) 速度分布方程又哈根-泊稷葉 （Hagen-Poiseuille）方程 第83頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二能量損失 層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比 。變形：比較得第84頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（三）湍流時(shí)的速度分布 剪應(yīng)力 ：e為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。 湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式：第85頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二n與Re有關(guān)，取值如下： 1/7次方定律當(dāng) 時(shí)，流體的平均速度 :第86頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二光滑管：玻璃管

31、、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對(duì)粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。相對(duì)粗糙度 ： 絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。 層流流動(dòng)時(shí)： 流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與 無關(guān)，只與Re有關(guān)。（四）湍流時(shí)的摩擦系數(shù)第87頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 湍流流動(dòng)時(shí)： 水力光滑管只與Re有關(guān)，與 無關(guān)。 完全湍流粗糙管只與 有關(guān)，與Re無關(guān)。第88頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二五、莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：完全湍流、粗糙管第89頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（1）層流區(qū)（Re 2000） 與 無關(guān)，與R

32、e為直線關(guān)系，即 ,即 與u的一次方成正比。（2）過渡區(qū)（2000Re4000) 將湍流時(shí)的曲線延伸查取值 。（3）湍流區(qū)（Re4000以及虛線以下的區(qū)域） 第90頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（4）完全湍流區(qū) （虛線以上的區(qū)域） 與Re無關(guān)，只與 有關(guān) 。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。一定時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式 ：（1）柏拉修斯（Blasius）式：適用光滑管Re5103105（2）考萊布魯克（Colebrook）式第91頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二 例1-7 分別計(jì)算下列情況下，流體流過763mm、長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（

33、1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）20的水，流速為2.2 m/s。第92頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（六） 非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力 當(dāng)量直徑： 套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為R，外管的內(nèi)徑為r 邊長(zhǎng)分別為a、b的矩形管 :第93頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二二、 局部阻力 (一)阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。 或 局部阻力系數(shù) J/kgJ/N=m第94頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二1. 突然擴(kuò)大第95頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二2.突

34、然縮小第96頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二3. 管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。 進(jìn)口 = 0.5 進(jìn)口阻力系數(shù)出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外 空間。 出口 = 1 出口阻力系數(shù)4 . 管件與閥門第97頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二(二)當(dāng)量長(zhǎng)度法 將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長(zhǎng)度為L(zhǎng)e的直管所產(chǎn)生的阻力 。Le 管件或閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，m。第98頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二總阻力：減少流動(dòng)阻力的途徑： 管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等；

35、管徑適當(dāng)大些。第99頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二常見阻力系數(shù)第100頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二例1-8 如圖所示，料液由常壓高位槽流入精餾塔中。進(jìn)料處塔中的壓力為0.2at（表壓），送液管道為452.5mm、長(zhǎng)8m的鋼管。管路中裝有180回彎頭一個(gè)，全開標(biāo)準(zhǔn)截止閥一個(gè)，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)。塔的進(jìn)料量要維持在5m3/h，試計(jì)算高位槽中的液面要高出塔的進(jìn)料口多少米？hpa第101頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二1.5.1 簡(jiǎn)單管路 一、特點(diǎn) （1）流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變。

36、 (2) 整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和 。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可壓縮流體第102頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二二、管路計(jì)算基本方程：連續(xù)性方程：柏努利方程：阻力計(jì)算（摩擦系數(shù)）： 物性、一定時(shí)，需給定獨(dú)立的9個(gè)參數(shù)，方可求解其它3個(gè)未知量。第103頁，共123頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)3分，星期二（1）設(shè)計(jì)型計(jì)算 設(shè)計(jì)要求：規(guī)定輸液量Vs，確定一經(jīng)濟(jì)的管徑及供液點(diǎn)提供的位能z1(或靜壓能p1)。 給定條件： （1）供液與需液點(diǎn)的距離，即管長(zhǎng)l； （2）管道材料與管件的配置，即及 ； （3）需液點(diǎn)的位置z2及壓力p2； （4）輸送機(jī)械 We。選擇適宜流速確定經(jīng)濟(jì)管徑第104頁，共123頁，202