流體流動及輸送

流體流動及輸送第一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日1.研究流體流動問題的重要性流體:

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。

流體流動是最普遍的化工單元操作之一；研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。第一節(jié)流體靜力學(xué)第四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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)。質(zhì)點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究流體。第五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3.流體的特征

具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。不可壓縮流體：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。第六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日不可壓縮流體：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，通常也可以當(dāng)作不可壓縮流體處理?？蓧嚎s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。流體的壓縮性第七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日一、流體的物理性質(zhì)與作用力作用力質(zhì)量力：萬有引力、達(dá)朗貝爾力表面力：壓力、剪力第八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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（極高壓力除外），其變化關(guān)系可從手冊中查得。（一）質(zhì)量力和密度、比體積第九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3、氣體當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算：

注意：手冊中查得的氣體密度都是在一定壓力與溫度下之值，若條件不同，則密度需進(jìn)行換算。第十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日4、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

——?dú)怏w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

——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾(體積)分率。

第十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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。

5、比容單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。m3/kg第十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（二）壓力與靜壓強(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。第十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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。

第十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=101300Pa=10330kgf/m2

=1.033kgf/cm2(bar,巴)=10.33mH2O=760mmHg換算關(guān)系：注意：用液柱高度表示壓力時，必須指明流體的種類，如600mmHg，10mH2O等。

第十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3、壓力的表示方法

絕對壓力（absolutepressure）

：以絕對真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。表壓(gaugepressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)。它與絕對壓力的關(guān)系，可用下式表示：

表壓＝絕對壓力－大氣壓力

真空度（vacuum）：當(dāng)被測流體的絕對壓力小于大氣壓時，其低于大氣壓的數(shù)值，即：

真空度＝大氣壓力－絕對壓力

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均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)算。第十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日表壓=絕對壓力－大氣壓力真空度=大氣壓力－絕對壓力絕對壓力

絕對壓力

絕對真空

表壓

真空度

大氣壓

第十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日二、流體靜力學(xué)平衡方程

（一）、靜力學(xué)基本方程

重力場中對液柱進(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十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日液柱處于靜止時，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十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日討論：（1）適用于重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體；（2）物理意義：——單位質(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。第二十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

第二十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（二）、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1.壓力及壓力差的測量

（1）U形壓差計(jì)

設(shè)指示液的密度為，被測流體的密度為。

A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’第二十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日所以整理得若被測流體是氣體，，則有第二十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日討論：（1）U形壓差計(jì)可測系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度；

表壓真空度p1pap1pa第二十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（2）指示液的選?。褐甘疽号c被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；其密度要大于被測流體密度。應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。

第二十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日思考：若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時讀數(shù)

R反映了什么？p1p2z2RAA’z1第二十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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合。第二十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（3）倒U形壓差計(jì)

指示劑密度小于被測流體密度，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。適用于壓差較大的情況。第二十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日例1-1如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動。為測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)

R＝250mm，h＝900mm。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。

第二十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)流休在管內(nèi)流動時的能量衡算1.體積流量

單位時間內(nèi)通過流道橫截面的流體體積。

m3/s或m3/h2.質(zhì)量流量

單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。

kg/s或kg/h。

一、流量與流速第三十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日4.質(zhì)量流速

單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。3.流速

（平均流速）單位時間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動方向上所流經(jīng)的距離。

kg/（m2·s）m/s第三十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（二）

穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化；

不穩(wěn)定流動：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時間變化。第三十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（三）穩(wěn)定流動系統(tǒng)的質(zhì)量守恒——連續(xù)性方程

對于定態(tài)流動系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情況下：

推廣至任意截面

——連續(xù)性方程1122第三十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日不可壓縮性流體，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。第三十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日例1-3

如附圖所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和兩段φ57×3.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9×10－3m/s的體積流量流動，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第三十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日二、穩(wěn)定流動熱力體系的總能量方程式

（一）、穩(wěn)定流動熱力體系的概念（二）、穩(wěn)定流動體系的能量平衡第三十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第三十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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）。

第三十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（3）動能

1kg的流體所具有的動能為(J/kg)（4）靜壓能

靜壓能=1kg的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第三十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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。第四十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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ΣWf（J/kg），有：(1)式中各項(xiàng)單位為J/kg。并且實(shí)際流體流動時有能量損失。第四十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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)單位為第四十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日z——位壓頭——動壓頭He——外加壓頭或有效壓頭?！o壓頭總壓頭Σhf——壓頭損失第四十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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）——壓力損失第四十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3．理想流體的機(jī)械能衡算

理想流體是指流動中沒有摩擦阻力的流體。

（4）（5）——柏努利方程式

第四十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日4.柏努利方程的討論

（1）若流體處于靜止，u=0，ΣWf=0，We=0，則柏努利方程變?yōu)?/p>

說明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律。（2）理想流體在流動過程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，即第四十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日Hz2210第四十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日We、ΣWf——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、動能和靜壓能；有效功率：軸功率：第四十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（4）柏努利方程式適用于不可壓縮性流體。對于可壓縮性流體，當(dāng)時，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度ρ應(yīng)以兩截面的平均密度ρm代替。第四十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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；容器間的相對位置等。利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：第五十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（1）根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動方向，定出上、下游截面，明確流動系統(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。

第五十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動；截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。

第五十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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φ45×2.5mm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1.2m（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？第五十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

例1-5

在φ45×3mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管的上游接一壓力表，其讀數(shù)為5kPa，壓力表軸心與管中心的垂直距離為0.3m，管內(nèi)水的流速為1.5m/s，文丘里管的喉徑為10mm。文丘里喉部接一內(nèi)徑為15mm的玻璃管，玻璃管的下端插入水池中，池內(nèi)水面到管中心的垂直距離為3m。若將水視為理想流體，試判斷池中水能否被吸入管中。若能吸入，再求每小時吸入的水量為多少m3/h。第五十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3.0m1120.3m200u第五十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3a4a第五十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

例1-6

某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為φ108×4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s，出口管為φ76×3mm的鋼管。貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa（表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求泵所需的功率。

1.2流體在管內(nèi)的流動>>5.柏努利方程的應(yīng)用確定管道中流體的流量[例1-10]確定設(shè)備間的相互位置[例1-11]確定輸送設(shè)備的功率[例1-12]確定管路中流體的壓強(qiáng)[例1-13]第五十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日20m1.5m第五十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)流體流動現(xiàn)象一、牛頓粘性定律二、流動類型三、流體在圓管內(nèi)的速度分布四、層流內(nèi)層第五十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為粘性。

流體粘性越大，其流動性就越小。從桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，這是因?yàn)楦视土鲃訒r內(nèi)摩擦力比水大的緣故。

一、牛頓粘性定律第六十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動而產(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)動時內(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第六十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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）τ與垂直于流動方向的速度梯度成正比。

yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法線方向上的變化率或速度梯度。

第六十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

式中μ為比例系數(shù)，稱為粘性系數(shù)，或動力粘度（viscosity），簡稱粘度。上式所表示的關(guān)系，稱為牛頓粘性定律。

（1-33）第六十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日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)動時才會表現(xiàn)出來。u與y也可能時如右圖的關(guān)系，則牛頓粘性定律可寫成：

粘度的單位為Pa·s。常用流體的粘度可查表。dyduoxy

上式中du/dy為速度梯度（1-33）第六十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日粘度的單位為:

從手冊中查得的粘度數(shù)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P表示，稱為泊。

N·s/m2（或Pa·s）、P、

cP與的換算關(guān)系為

第六十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

運(yùn)動粘度：流體粘度μ與密度ρ之比稱為運(yùn)動粘度，用符號ν表示

ν＝μ/ρ(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St表示。

各種液體和氣體的粘度數(shù)據(jù)，均由實(shí)驗(yàn)測定?？稍谟嘘P(guān)手冊中查取某些常用液體和氣體粘度的圖表。

溫度對液體粘度的影響很大，當(dāng)溫度升高時，液體的粘度減小，而氣體的粘度增大。壓力對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下，可以認(rèn)為與壓力無關(guān)。

第六十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日(一)、雷諾實(shí)驗(yàn)二、流動的形態(tài)第六十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，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外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時變化，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)群第六十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日判斷流型Re≤2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000<Re<4000

時，流動可能是層流，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反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動的湍動程度。第六十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日三、流體流動邊界層（一）邊界層的形成與發(fā)展

流動邊界層：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。第七十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日流體在平板上流動時的邊界層：

第七十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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)（邊界層外）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體。第七十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日邊界層流型：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。

第七十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日流體在圓管內(nèi)流動時的邊界層

第七十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

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)口段長度：層流：湍流：第七十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日湍流流動時：第七十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強(qiáng)化；過渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)；層流內(nèi)層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運(yùn)動?！獙恿鲀?nèi)層為傳遞過程的主要阻力Re越大，湍動程度越高，層流內(nèi)層厚度越薄。第七十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日2.邊界層的分離ABS第七十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日A→C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減?。槈禾荻龋?；C→S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增加（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。第七十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日邊界層分離的后果：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；流動過程中存在逆壓梯度。第八十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)管內(nèi)流動阻力和速度分布直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(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)形式

第八十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動。第八十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日若管道為傾斜管，則

流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。

第八十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日2、直管阻力的通式

由于壓力差而產(chǎn)生的推動力：流體的摩擦力：令

定態(tài)流動時第八十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日——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；注意與的區(qū)別。第八十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（一）層流時的速度分布

速度分布：流體在圓管內(nèi)流動時,管截面上質(zhì)點(diǎn)的速度隨半徑的變化關(guān)系。

層流時的速度分布

第八十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日由壓力差產(chǎn)生的推力

流體層間內(nèi)摩擦力

管壁處r＝R時，＝0，可得速度分布方程

第八十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日管中心流速為最大，即r＝0時，＝umax

管截面上的平均速度

:即層流流動時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)層流流動時，其速度呈拋物線分布。第八十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（二）層流時的摩擦系數(shù)

速度分布方程又——哈根-泊稷葉

（Hagen-Poiseuille）方程

第八十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日能量損失

層流時阻力與速度的一次方成正比。變形：比較得第九十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（三）湍流時的速度分布

剪應(yīng)力：e為湍流粘度，與流體的流動狀況有關(guān)。

湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式：第九十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日n與Re有關(guān)，取值如下：

1/7次方定律當(dāng)時，流體的平均速度

:第九十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對粗糙度：絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值。

層流流動時：流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與無關(guān)，只與Re有關(guān)。（四）湍流時的摩擦系數(shù)第九十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

湍流流動時：

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)。第九十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日五、莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：完全湍流、粗糙管第九十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（1）層流區(qū)（Re≤2000）

λ與無關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即

,即與u的一次方成正比。（2）過渡區(qū)（2000<Re<4000)將湍流時的曲線延伸查取λ值。（3）湍流區(qū)（Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域）

第九十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（4）完全湍流區(qū)

（虛線以上的區(qū)域）

λ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，經(jīng)驗(yàn)公式：（1）柏拉修斯（Blasius）式：適用光滑管Re＝5×103～105（2）考萊布魯克（Colebrook）式第九十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日

例1-7分別計(jì)算下列情況下，流體流過φ76×3mm、長10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（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2.2m/s。第九十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（六）非圓形管內(nèi)的流動阻力

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

邊長分別為a、b的矩形管

:第九十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日二、局部阻力

(一)阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

或

ζ——局部阻力系數(shù)

J/kgJ/N=m第一百頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第一百零一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日1.突然擴(kuò)大第一百零二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日2.突然縮小第一百零三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日3.管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。

ζ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。

ζ出口

=1出口阻力系數(shù)4.管件與閥門第一百零四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第一百零五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第一百零六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日蝶閥第一百零七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第一百零八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第一百零九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日(二)當(dāng)量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為Le的直管所產(chǎn)生的阻力。Le——

管件或閥門的當(dāng)量長度，m。第一百一十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日總阻力：減少流動阻力的途徑：

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；管徑適當(dāng)大些。第一百一十一頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日常見阻力系數(shù)第一百一十二頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日例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φ45×2.5mm、長8m的鋼管。管路中裝有180°回彎頭一個，全開標(biāo)準(zhǔn)截止閥一個，90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個。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第一百一十三頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日1.5.1簡單管路

一、特點(diǎn)

（1）流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變。

(2)整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可壓縮流體第一百一十四頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日二、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，需給定獨(dú)立的9個參數(shù)，方可求解其它3個未知量。第一百一十五頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（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)管徑第一百一十六頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日（2）操作型計(jì)算

已知：管子d

、、l，管件和閥門，供液點(diǎn)z1、p1，需液點(diǎn)的z2、p2，輸送機(jī)械We；求：流體的流速u及供液量VS。

已知：管子d、

l、管件和閥門、流量Vs等，求：供液點(diǎn)的位置z1

；或供液點(diǎn)的壓力p1；或輸送機(jī)械有效功We

。第一百一十七頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)流量的測量一、測速管（畢托管）1、結(jié)構(gòu)2、原理內(nèi)管A處外管B處第一百一十八頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日點(diǎn)速度：即討論：（1）皮托管測量流體的點(diǎn)速度，可測速度分布曲線；第一百一十九頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日三、安裝（1）測量點(diǎn)位于均勻流段，上、下游各有50d直管距離；（2）皮托管管口截面嚴(yán)格垂直于流動方向；（3）皮托管外徑d0不應(yīng)超過管內(nèi)徑d的1/50，即d0<d/50。（2）流量的求?。?/p>

由速度分布曲線積分

測管中心最大流速，由求平均流速，再計(jì)算流量。第一百二十頁，共一百三十六頁，編輯于2023年，星期日