流體流動2014

1、q流體的輸送流體的輸送：根據(jù)生產(chǎn)要求，往往要將這些流體按照生產(chǎn)根據(jù)生產(chǎn)要求，往往要將這些流體按照生產(chǎn)程序從一個(gè)設(shè)備輸送到另一個(gè)設(shè)備，從而完成程序從一個(gè)設(shè)備輸送到另一個(gè)設(shè)備，從而完成流體輸送流體輸送的任的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化。q壓強(qiáng)、流速和流量的測量壓強(qiáng)、流速和流量的測量：以便更好的掌握生產(chǎn)狀況。以便更好的掌握生產(chǎn)狀況。q為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜的流動條件為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜的流動條件： 除了流體輸送外，除了流體輸送外，化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程以及化學(xué)反應(yīng)大都是在流體流動化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程以及化學(xué)反應(yīng)大都是在流體流動下進(jìn)行的，以便降低傳遞阻力，減小設(shè)備尺寸。流體流動狀態(tài)下

2、進(jìn)行的，以便降低傳遞阻力，減小設(shè)備尺寸。流體流動狀態(tài)對這些單元操作有較大影響。對這些單元操作有較大影響。 流體的研究意義流體的研究意義主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式1.3 1.3 流體流動的基本方程流體流動的基本方程1.4 1.4 流體流動現(xiàn)象流體流動現(xiàn)象1.5 1.5 流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力1.6 1.6 管路計(jì)算管路計(jì)算1.7 1.7 流量測量流量測量流體的特征流體的特征：具有流動性。即具有流動性。即q抗剪和抗張的能力很小；抗剪和抗張的能力很小；q無固定形狀，隨容器的形狀而變化；無固定形狀，隨容器的形狀而變

3、化；q在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對運(yùn)動在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對運(yùn)動。流體流體: 在剪應(yīng)力作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體稱在剪應(yīng)力作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體稱為流體。如氣體和液體。為流體。如氣體和液體。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述9煤 氣 洗 滌 塔工業(yè)生產(chǎn)過程中煤氣煤氣水孔板流量計(jì)泵水封填料塔水池 日常生活 但是，人們但是，人們感興趣的不是單個(gè)分子的微觀運(yùn)動，感興趣的不是單個(gè)分子的微觀運(yùn)動，而是流體宏觀的機(jī)械運(yùn)動，故可以取流體質(zhì)點(diǎn)而而是流體宏觀的機(jī)械運(yùn)動，故可以取流體質(zhì)點(diǎn)而不是單個(gè)分子作為最小考慮對象。不是單個(gè)分子作為最小考慮對象。2 連續(xù)性假定：連續(xù)性假定： 在研究流體流動規(guī)律時(shí)，流體流動并非指其內(nèi)

4、部在研究流體流動規(guī)律時(shí)，流體流動并非指其內(nèi)部分子的微觀運(yùn)動，而是流體內(nèi)部連續(xù)的流體質(zhì)點(diǎn)的分子的微觀運(yùn)動，而是流體內(nèi)部連續(xù)的流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動，宏觀運(yùn)動，即將流體視為無數(shù)流體微團(tuán)的連續(xù)介質(zhì)即將流體視為無數(shù)流體微團(tuán)的連續(xù)介質(zhì)。4 適用范圍：適用范圍： 絕大多數(shù)情況適用，但高真空下的氣體不能作絕大多數(shù)情況適用，但高真空下的氣體不能作為連續(xù)性介質(zhì)。為連續(xù)性介質(zhì)。1 1 拉格朗日法：拉格朗日法：選定選定一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤觀察一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤觀察，描述其運(yùn)動參數(shù)（如：位移，速度等）與時(shí)間的描述其運(yùn)動參數(shù)（如：位移，速度等）與時(shí)間的關(guān)系。關(guān)系。3. 兩種方法的區(qū)別：兩種方法的區(qū)別：拉格朗日法：拉格朗日法：

5、描述的是同一質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻的狀態(tài)描述的是同一質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻的狀態(tài)。歐拉法：歐拉法：描述空間各點(diǎn)的狀態(tài)及其與時(shí)間的關(guān)系描述空間各點(diǎn)的狀態(tài)及其與時(shí)間的關(guān)系。如：流速如：流速 定態(tài)：定態(tài)：u=f(x,y,z) 桶內(nèi)液面維持不變，放水。桶內(nèi)液面維持不變，放水。 非定態(tài)：非定態(tài)：u=f(x,y,z,t) 桶內(nèi)液面變化，放水。桶內(nèi)液面變化，放水。 連續(xù)生產(chǎn)過程中的流體流動，多視為穩(wěn)定流動，連續(xù)生產(chǎn)過程中的流體流動，多視為穩(wěn)定流動，在開工或停工階段，則可能屬于不穩(wěn)定流動。在開工或停工階段，則可能屬于不穩(wěn)定流動。生產(chǎn)以生產(chǎn)以穩(wěn)定流動為主。穩(wěn)定流動為主。 系統(tǒng)系統(tǒng)與外界可以有力的作用與能量的與外界可以有力的作用與能

6、量的交換，卻無質(zhì)量交換。交換，卻無質(zhì)量交換。 其邊界隨流體一起運(yùn)動，因而其邊界隨流體一起運(yùn)動，因而其形狀其形狀和大小可隨時(shí)間而變化。和大小可隨時(shí)間而變化。 拉格朗日法考慮。拉格朗日法考慮。u構(gòu)成控制體的空間界面稱為構(gòu)成控制體的空間界面稱為控制面控制面，控制面總是，控制面總是封閉的固定界面；封閉的固定界面；u流體可流體可自由進(jìn)出自由進(jìn)出控制體，控制面上可控制體，控制面上可有力的作用有力的作用與能量的交換。與能量的交換。u控制體采用控制體采用歐拉法歐拉法考慮流體?？紤]流體。一一. . 體積力：體積力：作用與流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，并與流體作用與流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，并與流體的質(zhì)量成正比。所以也稱質(zhì)量力，

7、對于均質(zhì)流體（的質(zhì)量成正比。所以也稱質(zhì)量力，對于均質(zhì)流體（不變）也與流體體積成正比。如：重力，離心力。不變）也與流體體積成正比。如：重力，離心力。二二. . 表面力表面力（壓力與剪力）表面力與表面積成正比。（壓力與剪力）表面力與表面積成正比。作用于流體表面上的表面力可分為：作用于流體表面上的表面力可分為： 垂直于表面的力，即垂直于表面的力，即壓力壓力，單位面積上的稱，單位面積上的稱壓強(qiáng)壓強(qiáng)。 平行與表面的力，即平行與表面的力，即剪力剪力，單位面積上稱，單位面積上稱剪應(yīng)力剪應(yīng)力。不可壓縮流體不可壓縮流體：流體的體積如果不隨壓力及溫度變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?；?/p>

8、，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。體處理。 可壓縮流體可壓縮流體：流體的體積如果隨壓力及溫度變化，流體的體積如果隨壓力及溫度變化，則稱為可壓縮流體。則稱為可壓縮流體。流體的壓縮性流體的壓縮性流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)主要研究流體靜止時(shí)其內(nèi)部壓流體靜力學(xué)主要研究流體靜止時(shí)其內(nèi)部壓強(qiáng)變化的規(guī)律。用描述這一規(guī)律的數(shù)學(xué)表強(qiáng)變化的規(guī)

9、律。用描述這一規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為流體靜力學(xué)基本方程式。先介達(dá)式，稱為流體靜力學(xué)基本方程式。先介紹有關(guān)概念。紹有關(guān)概念。第二節(jié)第二節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度，其表達(dá)式為單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度，其表達(dá)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。 不同的流體密度是不同的，對一定的流體，密度是壓力不同的流體密度是不同的，對一定的流體，密度是壓力p和和溫度溫度T的函數(shù)，可用下式表示的函數(shù)，可用下式表示 ： f（p，T） （1-21-2） 1 流體的物理特性流體

10、的物理特性1.1 1.1 密度密度 液體的密度隨壓力的變化甚小（極高壓力下除外），可液體的密度隨壓力的變化甚?。O高壓力下除外），可忽略不計(jì)，但其隨溫度稍有改變。氣體的密度隨壓力和溫度的忽略不計(jì)，但其隨溫度稍有改變。氣體的密度隨壓力和溫度的變化較大。變化較大。 RTpMvm式中式中 p 氣體的壓力，氣體的壓力，kN/m2或或kPa； T 氣體的絕對溫度，氣體的絕對溫度，K； M 氣體的分子量，氣體的分子量，kg/kmol； R 通用氣體常數(shù)，通用氣體常數(shù)，8.314kJ/kmolK。(1-3) 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，氣體的密度可近似地按理當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，氣體的密度可近似地按理

11、想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算：想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算： 上式中的上式中的0 0M/22.4kg/mM/22.4kg/m3 3為為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（即（即T T0 0=273K=273K及及p p0 0=101.325KPa=101.325KPa）下氣體的密度。）下氣體的密度。氣體密度也可按下式計(jì)算氣體密度也可按下式計(jì)算000 TppT(1-4) 在氣體壓力較高、溫度較低時(shí)，氣體的密度需要采用真實(shí)在氣體壓力較高、溫度較低時(shí)，氣體的密度需要采用真實(shí)氣體狀態(tài)方程式計(jì)算。氣體狀態(tài)方程式計(jì)算。當(dāng)氣體混合物的溫度、壓力接近理想氣體時(shí)，仍可用式當(dāng)氣體混合物的溫度、壓力接近理想氣體時(shí)，仍可用式(1-3)計(jì)計(jì)算氣體的密度

12、。算氣體的密度。氣體混合物的組成通常以體積分率表示。氣體混合物的組成通常以體積分率表示。對于理想氣體，體積分率與摩爾分率、壓力分率是相等的。對于理想氣體，體積分率與摩爾分率、壓力分率是相等的。 Mm My1 + M2y2 + + Mnyn (1-6)式中式中 ：M、M2、 Mn 氣體混合物各組分的分子量氣體混合物各組分的分子量 m y1 + 2y2 + + nyn (1-5)式中式中 ： 、 2、 n 氣體混合物各組分的密度；氣體混合物各組分的密度； y1 、 y2 、 yn 氣體混合物各組分的摩爾分率。氣體混合物各組分的摩爾分率。氣體混合物密度計(jì)算氣體混合物密度計(jì)算:液體混合物液體混合物:

13、液體混合時(shí)，體積往往有所改變。若混合前液體混合時(shí)，體積往往有所改變。若混合前后體積不變，則后體積不變，則1kg混合液的體積等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體混合液的體積等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體積之和，則可由下式求出混合液體的密度積之和，則可由下式求出混合液體的密度m。式中式中 1、2、，n 液體混合物中各組分的質(zhì)量分率；液體混合物中各組分的質(zhì)量分率； 1、2、，n 液體混合物中各組分的密度，液體混合物中各組分的密度，kg/m3； m 液體混合物的平均密度，液體混合物的平均密度，kg/m3。1mVv 單位質(zhì)量流體的體積，稱為流體的單位質(zhì)量流體的體積，稱為流體的比容比容，用符號，用符號v表示，表示，單位為單

14、位為m3/kg，則，則亦即流體的比容是密度的倒數(shù)。亦即流體的比容是密度的倒數(shù)。1.2 比容比容 v和比重和比重d,4水Cd34/1000mkgC水例例1-1 已知硫酸與水的密度分別為已知硫酸與水的密度分別為1830kg/m3與與998kg/m3，試求含硫酸為，試求含硫酸為60%(質(zhì)量質(zhì)量)的硫酸水的硫酸水溶液的密度。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，則有例例1-2 已知干空氣的組成為：已知干空氣的組成為：O221%、N278%和和Ar1%(均為體積均為體積%)。試求干空氣在壓力為。試求干空氣在壓力為9.81104Pa、溫度為溫度為100時(shí)的密度。時(shí)的密度。解：

15、解： 首先將攝氏度換算成開爾文：首先將攝氏度換算成開爾文：100273+100=373K求干空氣的平均分子量：求干空氣的平均分子量： Mm My1 + M2y2 + + Mnyn Mm =32 0.21+28 0.78+39.9 0.01 =28.96氣體的平均密度為：氣體的平均密度為： 垂直作用于流體單位面積上的力，稱為流體的壓強(qiáng)，簡稱垂直作用于流體單位面積上的力，稱為流體的壓強(qiáng)，簡稱壓強(qiáng)。壓強(qiáng)。習(xí)慣上稱為壓力。習(xí)慣上稱為壓力。作用于整個(gè)面上的力稱為總壓力。作用于整個(gè)面上的力稱為總壓力。在靜止流體中，從各方向作用于某一點(diǎn)的壓力大小均相等。在靜止流體中，從各方向作用于某一點(diǎn)的壓力大小均相等。壓

16、力的單位壓力的單位:v 帕斯卡帕斯卡, Pa, N/m2 (法定單位法定單位);v 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, atm;v 某流體液柱高度某流體液柱高度;v bar（巴）或（巴）或kgf/cm2等。等。1.3 壓力壓力1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2 =1.013bar =10.33mH2O =760mmHg換算關(guān)系：換算關(guān)系：1工程大氣壓工程大氣壓(at)=98070Pa =10000kgf/m2 =1kgf/cm2 =0.9807bar =10mH2O =735.6mmHg1kgf/cm2=1工程大氣壓（工程大氣壓（at)

17、 壓力可以有不同的計(jì)量基準(zhǔn)。壓力可以有不同的計(jì)量基準(zhǔn)。p絕對壓力絕對壓力（absolute pressure） ：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)。p表壓表壓(gauge pressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)。它與絕對壓以當(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：力的關(guān)系，可用下式表示：表壓絕對壓力大氣壓力表壓絕對壓力大氣壓力p真空度真空度（vacuum）：當(dāng)被測流體的絕對壓力小于大氣壓時(shí)，）：當(dāng)被測流體的絕對壓力小于大氣壓時(shí)，其低于大氣壓的數(shù)值，即：其低于大氣壓的數(shù)值，即：真空度大氣壓力絕對壓力真空度大氣壓力絕對壓力注意注意：此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮?/p>

18、氣壓。在本章中如不加說：此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮骸Ｔ诒菊轮腥绮患诱f明時(shí)均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)算。明時(shí)均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)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，故故 Et1 Et2（1）適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫、非等溫流動）適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫、非等溫流動 2211pgzpgz -靜力學(xué)方程?？梢娏黧w靜止?fàn)顟B(tài)是流體流動的一種特殊形式。 Q 2 換熱器換熱器 2 z2 1 泵泵 z1 1 We （2）對流體靜止，可化簡得：）對流體靜止，可化簡得： （3）若流動系統(tǒng)無外加

19、功，即）若流動系統(tǒng)無外加功，即we=0，則，則這說明流體能自動從高（機(jī)械能）這說明流體能自動從高（機(jī)械能）能位流向低（機(jī)械能）能位。能位流向低（機(jī)械能）能位?；ぴ砘ぴ黼娮咏贪鸽娮咏贪? /第一章第一章99/111機(jī)械能衡算方程討論：機(jī)械能衡算方程討論： Q 2 換熱器換熱器 2 z2 1 泵泵 z1 1 We 使用機(jī)械能衡算方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：使用機(jī)械能衡算方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：包含待求變量。包含待求變量?？刂企w內(nèi)的流體必須連續(xù)、均質(zhì)；控制體內(nèi)的流體必須連續(xù)、均質(zhì)；有流體進(jìn)出的那些控制面（流通截面）應(yīng)與有流體進(jìn)出的那些控制面（流通截面）應(yīng)與流動方向相垂直，且已知條件最多；流動方向

20、相垂直，且已知條件最多；v 控制體的選?。嚎刂企w的選取：v 基準(zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 v 壓力壓力用絕壓或表壓均可，但兩邊必須統(tǒng)一。用絕壓或表壓均可，但兩邊必須統(tǒng)一。fehpugzwpugz2222121122一般將基準(zhǔn)面定在某一流通截面的中心上一般將基準(zhǔn)面定在某一流通截面的中心上 流體機(jī)械能衡算式在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用流體機(jī)械能衡算式在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用 fgugpgugpHzHz2221222211 （1-31）式中式中 H H 外加壓頭，外加壓頭，m m。fupuphgzWegz2221222211（1-32）式中式中 h hf fgHgHf f，為單位質(zhì)量流體的能量損失，為單位質(zhì)量流

21、體的能量損失，J/kgJ/kg。 WeWegHgH，為單位質(zhì)量流體的外加能量，為單位質(zhì)量流體的外加能量，J/kgJ/kg。 式式(1-31)(1-31)及及(1-32)(1-32)均為均為實(shí)際流體機(jī)械能衡算式實(shí)際流體機(jī)械能衡算式，習(xí)慣上也稱它們?yōu)榘嘏匠淌?。?xí)慣上也稱它們?yōu)榘嘏匠淌健分析和解決流體輸送有關(guān)的問題；分析和解決流體輸送有關(guān)的問題； 柏努利方程是流體流動的基本方程式，它的應(yīng)用柏努利方程是流體流動的基本方程式，它的應(yīng)用范圍很廣。范圍很廣。q調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算等。調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算等。q液體流動過程中流量的測定；液體流動過程中流量的測定；四、柏努利方程式的應(yīng)用四、柏努利方程式

22、的應(yīng)用例例:用泵將貯槽用泵將貯槽(通大氣通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，如中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，如附圖附圖 所示。泵的進(jìn)口管為所示。泵的進(jìn)口管為893.5mm的鋼管，堿液在進(jìn)口管的鋼管，堿液在進(jìn)口管的流速為的流速為1.5m/s，泵的出口管為，泵的出口管為76 2.5mm的鋼管。貯槽中的鋼管。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m，堿液經(jīng)管路系，堿液經(jīng)管路系統(tǒng)的能量損失為統(tǒng)的能量損失為40J/kg，蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在，蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在 0.2kgf/cm2（表壓），堿液的密度為（表壓），堿液的密度為1100kg/m3

23、。試計(jì)算所需的。試計(jì)算所需的外加能量。外加能量。fupeuphgzWgz2221222211式中，式中，z1=0，z2 =7；p1=0(表壓表壓)，p2=0.2kgf/cm29.8104=19600Pa，u1 0,u2=u(d2/d1)2=1.5( (89-23.5) /(76-22.5)2=2.0m/skgJhf/40代入上式，代入上式， 得得W=128.41J/kg解：解：解題要求規(guī)范化：解題要求規(guī)范化：截面與基準(zhǔn)面截面與基準(zhǔn)面(1)(1)選取截面選取截面連續(xù)流體連續(xù)流體；兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直。用柏努利方程式解題時(shí)的注意事項(xiàng)：用柏努利方程式解題時(shí)的注意事項(xiàng)：

24、(2)確定基準(zhǔn)面確定基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個(gè)截面均可選用。：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個(gè)截面均可選用。不過，為了計(jì)算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的不過，為了計(jì)算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的相應(yīng)截面，因?yàn)槠瘘c(diǎn)和終點(diǎn)的已知條件多。相應(yīng)截面，因?yàn)槠瘘c(diǎn)和終點(diǎn)的已知條件多。 (3)壓力壓力 柏努利方程式中的壓力柏努利方程式中的壓力p p1 1與與p p2 2只能同時(shí)使用表壓或絕對壓只能同時(shí)使用表壓或絕對壓力，不能混合使用。力，不能混合使用。(4)外加能量外加能量 外加能量外加能量W W在上游一

25、側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正在上游一側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正。 應(yīng)用式應(yīng)用式(1-32)(1-32)計(jì)算所求得的外加能量計(jì)算所求得的外加能量W W是對每是對每kgkg流體而言的。流體而言的。若要計(jì)算的軸功率，需將若要計(jì)算的軸功率，需將W W乘以質(zhì)量流量，再除以效率。乘以質(zhì)量流量，再除以效率。emeWqN eNN從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動。設(shè)料液在的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求（不包括出口壓頭損失），試求高位

26、槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？110022x解解 ：選取：選取高位槽的液面作為高位槽的液面作為1-1截面，截面， 選在管出口處選在管出口處內(nèi)側(cè)為內(nèi)側(cè)為2-2截面，以截面，以0-0截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列柏努利方程，則有柏努利方程，則有0)(212212212fuupphzzg式中式中 p p1 1=p=p2 2=0=0（表壓）（表壓） u u1 1=0=0（高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計(jì)速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計(jì)） u

27、 u2 2=1.5m/s=1.5m/sH Hf f=1.2m=1.2mz z1 1-z-z2 2=x=x081. 92 . 10)0(25 . 02 xgx=1.2mx=1.2m 計(jì)算結(jié)果表明，動能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。計(jì)算結(jié)果表明，動能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。108柏努利方程的應(yīng)用柏努利方程的應(yīng)用1）確定流體的流量）確定流體的流量 例：例：20的空氣在直徑為800mm的水平管流過，現(xiàn)于管路中接一文丘里管，如本題附圖所示，文丘里管的上游接一水銀U管壓差計(jì)，在直徑為20mm的喉徑處接一細(xì)管，其下部插入水槽中?？諝饬魅胛那鹄锕艿哪芰繐p失可忽略不計(jì)，當(dāng)U管壓差計(jì)

28、讀數(shù)R=25mm，h=0.5m時(shí)，試求此時(shí)空氣的流量為多少m3/h? 當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33103Pa。109分析：分析：243600duVh求流量Vh已知d求u直管任取一截面柏努利方程氣體判斷能否應(yīng)用？110解：解：取測壓處及喉頸分別為截面1-1和截面2-2 截面1-1處壓強(qiáng) ：gRPHg1 截面2-2處壓強(qiáng)為 ：ghP2流經(jīng)截面1-1與2-2的壓強(qiáng)變化為： )3335101330()4905101330()3335101330(121PPP025. 081. 913600表壓）(3335Pa5 . 081. 91000表壓）(4905Pa079. 0%9 . 7%20111 在截面1-

29、1和2-2之間列柏努利方程式。以管道中心線作基準(zhǔn)水平面。 由于兩截面無外功加入，We=0。 能量損失可忽略不計(jì)hf=0。 柏努利方程式可寫為： 2222121122PugZPugZ式中： Z1=Z2=0 P1=3335Pa（表壓） ，P2= - 4905Pa（表壓 ） 004 .22TPPTMmm112101330293)49053335(2/11013302734 .22293/20. 1mkg2 . 14905220. 1333522221uu化簡得： (a) 137332122uu由連續(xù)性方程有： 2211AuAu22112dduu2102. 008. 0u113(b) 1612uu 聯(lián)

30、立(a)、(b)兩式1373362121 uusmu/34. 7112143600udVh34. 708. 0436002hm /8 .1323114 2）確定容器間的相對位置）確定容器間的相對位置 例：例：如本題附圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中，高位槽中的液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為9.81103Pa，進(jìn)料量為5m3/h，連接管直徑為382.5mm，料液在連接管內(nèi)流動時(shí)的能量損失為30J/kg(不包括出口的能量損失)，試求高位槽內(nèi)液面應(yīng)為比塔內(nèi)的進(jìn)料口高出多少？115分析：分析： 解：解： 取高位槽液面為截面1-1，連接管出口內(nèi)側(cè)為截面2-2,并以截面2-2的中心線為基準(zhǔn)

31、水平面，在兩截面間列柏努利方程式：高位槽、管道出口兩截面u、p已知求求Z柏努利方程fehpugZWpugZ2222121122116式中： Z2=0 ；Z1=? P1=0(表壓) ； P2=9.81103Pa(表壓）AVuS2由連續(xù)性方程 2211AuAuA1A2, We=0 ，kgJhf/3024dVS2033. 0436005sm/62. 1u1P3P4 ，而P4P5P6，這是由于流體在管內(nèi)流動時(shí)，位能和靜壓能相互轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 1325）流向的判斷）流向的判斷 在453mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管上游接一壓強(qiáng)表，其讀數(shù)為137.5kPa，管內(nèi)水的流速u1=1.3m/s，文丘里管的喉徑

32、為10mm，文丘里管喉部一內(nèi)徑為15mm的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池內(nèi)水面到管中心線的垂直距離為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(shí)吸入的水量為多少m3/h？133分析：判斷流向比較總勢能求P？柏努利方程 解：在管路上選1-1和2-2截面，并取3-3截面為基準(zhǔn)水平面設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)。在1-1截面和2-2截面間列柏努利方程： 2222121122PugZPugZ134式中： mZZ321smu/3 . 11smdduu/77.19)1039(3 . 1)(222112表壓）(105 .13751PaP22222112uuPP277.1923 . 1

33、1000105 .137223kgJ /08.571352-2截面的總勢能為 22gZP381. 908.57kgJ /65.273-3截面的總勢能為 00gZP 3-3截面的總勢能大于2-2截面的總勢能，水能被吸入管路中。 求每小時(shí)從池中吸入的水量 求管中流速u柏努利方程在池面與玻璃管出口內(nèi)側(cè)間列柏努利方程式： 0136222 2223233uPgZPugZ式中： ，mZ03mZ3203u表壓）(03PkgJP/08.572代入柏努利方程中 ：2381. 908.572 2usmu/436. 7 22015. 04436. 73600hVhm /728. 43137 6）不穩(wěn)定流動系統(tǒng)的計(jì)算

34、）不穩(wěn)定流動系統(tǒng)的計(jì)算 例：例：附圖所示的開口貯槽內(nèi)液面與排液管出口間的垂直距離hi為9m,貯槽內(nèi)徑D為3m，排液管的內(nèi)徑d0為0.04m，液體流過該系統(tǒng)時(shí)的能量損失可按 240uhf 公式計(jì)算，式中u為流體在管內(nèi)的流速，試求經(jīng)4小時(shí)后貯槽內(nèi)液面下降的高度。 分析：分析：不穩(wěn)定流動系統(tǒng)瞬間柏努利方程微分物料衡算138解：解： 在d時(shí)間內(nèi)對系統(tǒng)作物料衡算，設(shè)F為瞬間進(jìn)料率，D為瞬時(shí)出料率，dA為在d時(shí)間內(nèi)的積累量， FdDddA d時(shí)間內(nèi)，槽內(nèi)液面下降dh，液體在管內(nèi)瞬間流速為u，0FudD204dhDAd24上式變?yōu)椋?dhDudd22044139(1) 20udhdDd 在瞬時(shí)液面1-1與管

35、子出口內(nèi)側(cè)截面2-2間列柏努利方程式，并以截面2-2為基準(zhǔn)水平面，得： hfPugZPugZ2222121122式中： ，hmZ 1mZ02uu 221PP 240uhf01u14025 .4081. 9uh (2) 492. 0hu 將（2）式代入（1）式得： hdhdDd492. 020hdh492. 004. 032hdh11433兩邊積分： ；，mh9011hmhs2236004，hhdhd936004011433141hhh912211433360049211433h h=5.62m 經(jīng)四小時(shí)后貯槽內(nèi)液面下降高度為： 95.62=3.38m 本節(jié)將討論產(chǎn)生能量損失的原因及管內(nèi)速度分布

36、本節(jié)將討論產(chǎn)生能量損失的原因及管內(nèi)速度分布等，以便為下一節(jié)討論能量損失的計(jì)算提供基礎(chǔ)。等，以便為下一節(jié)討論能量損失的計(jì)算提供基礎(chǔ)。0)(212212212fuupphzzg第四節(jié)第四節(jié) 管內(nèi)流體流動現(xiàn)象管內(nèi)流體流動現(xiàn)象 流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)1.1.流體流動型態(tài)流體流動型態(tài)（1 1）雷諾實(shí)驗(yàn)）雷諾實(shí)驗(yàn)水水水平玻璃管水平玻璃管水箱水箱細(xì)管細(xì)管水水溢流堰溢流堰小瓶（密度與水相近）小瓶（密度與水相近）閥閥雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)圖（圖（a a）層流）層流圖（圖（b b）湍流）湍流144q流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明，水

37、的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直表明，水的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。線運(yùn)動，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。q當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有色細(xì)當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有色細(xì)流便出現(xiàn)波動而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波動；流便出現(xiàn)波動而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波動； q速度再增，細(xì)線的波動加劇，整個(gè)玻璃管中的水呈現(xiàn)速度再增，細(xì)線的波動加劇，整個(gè)玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動狀況已發(fā)生了顯著均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。地變化。 流體流動狀態(tài)類型流體流動狀態(tài)類型過渡流過渡流： 流動

38、類型不穩(wěn)定，可能是層流，也可能是湍流，流動類型不穩(wěn)定，可能是層流，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)。過渡流不是一種或是兩者交替出現(xiàn)，與外界干擾情況有關(guān)。過渡流不是一種流型。流型。q湍流湍流(turbulent flow)或紊流或紊流: 當(dāng)流體在管道中流動時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)流體在管道中流動時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度在大小和方向上都會發(fā)生變化，質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞并互相混合，這種運(yùn)動速度在大小和方向上都會發(fā)生變化，質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞并互相混合，這種流動狀態(tài)稱為湍流或紊流。流動狀態(tài)稱為湍流或紊流。q層流層流(laminar flow)或滯

39、流或滯流(viscous flow): 當(dāng)流體在管中流動時(shí)，若其質(zhì)點(diǎn)始終沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)當(dāng)流體在管中流動時(shí)，若其質(zhì)點(diǎn)始終沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)之間沒有遷移，互不混合，整個(gè)管的流體就如一層一層的同心圓動，質(zhì)點(diǎn)之間沒有遷移，互不混合，整個(gè)管的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動。筒在平行地流動。影響流體流動類型的因素：影響流體流動類型的因素：流體的流速流體的流速u ；管徑管徑d；流體密度流體密度；流體的粘度流體的粘度。 u u、d d、越大，越大，越小，就越容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥脑叫?，就越容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。流。上述中四個(gè)因素所組成的復(fù)合數(shù)群上述中四個(gè)因素所組成的復(fù)合數(shù)群

40、du/，是判斷流體流，是判斷流體流動類型的準(zhǔn)則。動類型的準(zhǔn)則。 這數(shù)群稱為這數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾數(shù)( (Reynolds number)Reynolds number)，用用ReRe表示。表示。1482 2 流型的判據(jù)流型的判據(jù) du Re 0002233smkgsmm/skgkg/mm/smsPakg/mm/smRe ud層流（層流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 4000時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)層流，有時(shí)出現(xiàn)湍流，或者是時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)層流，有時(shí)出現(xiàn)湍流，或者是二者交替出現(xiàn)，為外界條件決定，稱為過渡區(qū)。二者交替出現(xiàn)，為外界條件決定，稱為過渡區(qū)。流型只有兩種

41、：流型只有兩種：層流和湍流層流和湍流。0003)()()(ReTMLTLMLMTLLdu雷諾準(zhǔn)數(shù)的因次雷諾準(zhǔn)數(shù)的因次 ReRe數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群。數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群。1503 3 雷諾數(shù)的物理意義雷諾數(shù)的物理意義粘性力粘性力慣性力慣性力）（ duuudu Re質(zhì)量流速質(zhì)量流速單位時(shí)間通過單位截面積的動量。單位時(shí)間通過單位截面積的動量。223222mm/skgmskgmu2222mm/skgmmm/ssm/skgdu單位面積上流體粘性力單位面積上流體粘性力的大小的大小 當(dāng)當(dāng)Re較大時(shí)，流體的慣性力大于粘性力，占主導(dǎo)地位，較大時(shí)，流體的慣性力大于粘性力，占主導(dǎo)地位，流體的湍動程度大，流體流動形態(tài)為

42、湍流；而當(dāng)流體的湍動程度大，流體流動形態(tài)為湍流；而當(dāng)Re較小時(shí)，較小時(shí)，流體的粘性力大于慣性力，占主導(dǎo)地位，流體的湍動程度小流體的粘性力大于慣性力，占主導(dǎo)地位，流體的湍動程度小，流體流動狀態(tài)為層流；即，流體流動狀態(tài)為層流；即Re越大，流體湍動程度越大。越大，流體湍動程度越大。圖圖1-16速度分布速度分布：流體流動時(shí)，管截面上質(zhì)點(diǎn)的軸向速度沿半徑的流體流動時(shí)，管截面上質(zhì)點(diǎn)的軸向速度沿半徑的變化。流動類型不同，速度分布規(guī)律亦不同。變化。流動類型不同，速度分布規(guī)律亦不同。 一、流體在圓管中層流時(shí)的速度分布一、流體在圓管中層流時(shí)的速度分布 由實(shí)驗(yàn)可以測得層流流動時(shí)的速度分布，如圖所示。由實(shí)驗(yàn)可以測得層

43、流流動時(shí)的速度分布，如圖所示。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)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布 實(shí)驗(yàn)證明，層流速度的拋物線分布規(guī)律要流過一段實(shí)驗(yàn)證明，層流速度的拋物線分布規(guī)律要流過一段距離后才能充分發(fā)展成拋物線的形狀。距離后才能充分發(fā)展成拋物線的形狀。 當(dāng)液體深入到一定距離之后，管中心的速度等于平均速度的兩倍時(shí)，當(dāng)液體深入到一定距離之后，管中心的速度等于平均速度的兩倍時(shí)，層流速度分布的拋物線規(guī)律才算完全

44、形成。尚未形成層流拋物線規(guī)律的這層流速度分布的拋物線規(guī)律才算完全形成。尚未形成層流拋物線規(guī)律的這一段，稱為一段，稱為層流起始段層流起始段。X X0 00.05dRe0.05dRe X0滯流邊界層滯流邊界層RurP1FP2ul1122 如圖所示，流體在半徑為如圖所示，流體在半徑為R R 的水平管中作穩(wěn)定流動。在的水平管中作穩(wěn)定流動。在流體中取一段長為流體中取一段長為 l l，半徑為，半徑為r r的流體圓柱體。在水平方向作的流體圓柱體。在水平方向作用于此圓柱體的力有兩端的總壓力用于此圓柱體的力有兩端的總壓力( (P P1 1-P-P2 2) )及圓柱體周圍表面及圓柱體周圍表面上的內(nèi)摩擦力上的內(nèi)摩擦

45、力F F。1 速度分布方程式速度分布方程式作用于圓柱體兩端的總壓力分別為作用于圓柱體兩端的總壓力分別為P1r2p1P2r2p2式中的式中的p1、p2分別為左、右端面上的壓強(qiáng)，分別為左、右端面上的壓強(qiáng)，N/m2。式中的式中的負(fù)號負(fù)號表示流速沿半徑增加的方向而減小。表示流速沿半徑增加的方向而減小。drdu流體作層流流動時(shí)內(nèi)摩擦力服從牛頓粘性定律，即流體作層流流動時(shí)內(nèi)摩擦力服從牛頓粘性定律，即作用于流體圓柱體周圍表面作用于流體圓柱體周圍表面2rl上的內(nèi)摩擦力為上的內(nèi)摩擦力為 drdurlAF)2(由于流體作等速流動，根據(jù)牛頓第二定律，這些力的合力等于零。由于流體作等速流動，根據(jù)牛頓第二定律，這些力的

46、合力等于零。故故式中式中 p 兩端的壓力差兩端的壓力差(p2p1)。 rlpdrdu221PPF即即crulp24rdrdulp2利用管壁處的邊界條件，利用管壁處的邊界條件，rR時(shí)，時(shí)，u0 ?？傻谩？傻?4Rclp（1-36）)(224rRulp積分積分 式式(1-36)(1-36)為速度分布微分方程式。由此式可知，為速度分布微分方程式。由此式可知，速度分布為拋物線形狀。速度分布為拋物線形狀。（1-36）)(224rRulp當(dāng)當(dāng)r =0 時(shí)，有時(shí)，有24maxRulp158（1 1）層流的速度分布與平均速度）層流的速度分布與平均速度層流時(shí)管內(nèi)速度分布層流時(shí)管內(nèi)速度分布)1 (22maxRru

47、uumaxR層流時(shí)的速度分布層流時(shí)的速度分布平均速度平均速度max21uu drrRrdrruudAdVlp)(2)2(224lpRRlprVdrrRdVV80224204)()(224rRulpAuV RdrruRurP1FP2l11222 流量流量max21822842uulpRRRVlpR232dlupAF哈根哈根-泊謖葉方程泊謖葉方程3 平均流速平均流速 湍流：除沿軸向的運(yùn)動外，在徑向上還有瞬時(shí)脈湍流：除沿軸向的運(yùn)動外，在徑向上還有瞬時(shí)脈動，從而產(chǎn)生漩渦。動，從而產(chǎn)生漩渦。uiuiui12三、流體在圓管中湍流時(shí)的速度分布三、流體在圓管中湍流時(shí)的速度分布162（2 2）湍流的速度分布與平

48、均速度）湍流的速度分布與平均速度其中其中n = 610與流體的流動狀態(tài)有關(guān)，與流體的流動狀態(tài)有關(guān)，Re越大，越大，n 也越大也越大 。10102 . 3Re7102 . 3Re101 . 16101 . 1Re10466554 nnn時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)的速度分布drruumaxnRruu1max1速度分布速度分布湍流的速度分布目前還沒有理論推導(dǎo)，但有經(jīng)驗(yàn)公式。湍流的速度分布目前還沒有理論推導(dǎo)，但有經(jīng)驗(yàn)公式。1 2 速度分布有兩個(gè)區(qū)域：速度分布有兩個(gè)區(qū)域： 中心中心(較平坦較平坦); 近管壁近管壁(速度梯度很大速度梯度很大); u壁壁=0.3 近管壁有層流底層近管壁有

49、層流底層；4 中間為湍流區(qū)；中間為湍流區(qū)；5 u越大，層流底層越??；越大，層流底層越??； ；6 起始段：起始段：特點(diǎn)：特點(diǎn)：湍流湍流滯流滯流流體作湍流流動時(shí)的剪應(yīng)力流體作湍流流動時(shí)的剪應(yīng)力dydue)(1 與流向垂直的脈動速度使得流體產(chǎn)生渦流粘性。與流向垂直的脈動速度使得流體產(chǎn)生渦流粘性。 湍流流體內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力湍流流體內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力等于分子粘性（層流等于分子粘性（層流粘性）產(chǎn)生的剪應(yīng)力粘性）產(chǎn)生的剪應(yīng)力1和渦流產(chǎn)生的剪應(yīng)力和渦流產(chǎn)生的剪應(yīng)力e之和，之和，即即化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章165/111四、邊界層與邊界層分離四、邊界層與邊界層分離 u u u u ux

50、ux (1)邊界層邊界層 以平板為例-壁面附近，其內(nèi)部存在速度梯度。壁面附近，其內(nèi)部存在速度梯度。 如圖虛線下方所示。一般以速度為主體流速的如圖虛線下方所示。一般以速度為主體流速的99%99%處處作為劃分邊界層的界限作為劃分邊界層的界限 邊界層邊界層-離壁面較遠(yuǎn)處，速度尚未受到壁面的影響，速度梯離壁面較遠(yuǎn)處，速度尚未受到壁面的影響，速度梯度幾乎為零。度幾乎為零。 邊界層 ux=0.99u外流區(qū)外流區(qū)外流區(qū) 邊界層與流動阻力、傳熱、傳質(zhì)都密切相關(guān)，今后將陸續(xù)講到。邊界層與流動阻力、傳熱、傳質(zhì)都密切相關(guān)，今后將陸續(xù)講到。化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章166/111四、邊界層與邊

51、界層分離四、邊界層與邊界層分離 層流 過渡 湍流 u 邊 x A B C D B 界 層 層流底層 (2)(2)邊界層的形成和發(fā)展邊界層的形成和發(fā)展 從前沿開始形成邊界層，隨距板前沿的距離的增加，邊界從前沿開始形成邊界層，隨距板前沿的距離的增加，邊界層也越來越厚。邊界層很薄時(shí)，邊界層內(nèi)部為層流。隨著邊界層也越來越厚。邊界層很薄時(shí)，邊界層內(nèi)部為層流。隨著邊界層加厚，邊界層內(nèi)的流動可由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。在層流與湍流層加厚，邊界層內(nèi)的流動可由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。在層流與湍流之間還有一個(gè)過渡區(qū)。之間還有一個(gè)過渡區(qū)。 在湍流邊界層之內(nèi)，由于緊靠壁面處的流體速度仍很小，在湍流邊界層之內(nèi)，由于緊靠壁面處的流體速度

52、仍很小，流動型態(tài)保持為層流，稱為流動型態(tài)保持為層流，稱為層流底層層流底層。 平板：平板：化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章167/111四、邊界層與邊界層分離四、邊界層與邊界層分離 邊界層 max Le 充分發(fā)展的流動 (a) 層流 邊界層 Le 充分發(fā)展的流動 (b)湍流 圖 1-23 圓管內(nèi)邊界層的發(fā)展 邊界層的形成和發(fā)展邊界層的形成和發(fā)展 管內(nèi)：管內(nèi)： 在入口處開始形成邊界層，并在入口處開始形成邊界層，并逐漸加厚，以至于在管中心匯合，逐漸加厚，以至于在管中心匯合，此后邊界層厚度等于管半徑，速度此后邊界層厚度等于管半徑，速度分布不再變化，此時(shí)的流動稱為分布不再變化，此時(shí)的流

53、動稱為充充分發(fā)展的流動分發(fā)展的流動。 若邊界層匯合時(shí)流體流動類型若邊界層匯合時(shí)流體流動類型為層流，則這以后管內(nèi)流動一直保為層流，則這以后管內(nèi)流動一直保持為層流，反之，若邊界層內(nèi)流動持為層流，反之，若邊界層內(nèi)流動類型已是湍流，則管內(nèi)流動就將保類型已是湍流，則管內(nèi)流動就將保持為湍流。持為湍流。進(jìn)口段長度進(jìn)口段長度-流動達(dá)到充分發(fā)展所需的管長流動達(dá)到充分發(fā)展所需的管長化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章168/1114 4、邊界層與邊界層分離、邊界層與邊界層分離(3)(3)邊界層分離邊界層分離 -如圖，當(dāng)流體流過非流線型物體時(shí)會發(fā)如圖，當(dāng)流體流過非流線型物體時(shí)會發(fā) 生邊界層脫離壁面的現(xiàn)

54、象，稱為生邊界層脫離壁面的現(xiàn)象，稱為邊界層分離邊界層分離.化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章169/1114 4、邊界層與邊界層分離、邊界層與邊界層分離uS點(diǎn)下游的流體在逆壓作用點(diǎn)下游的流體在逆壓作用下將倒流回來，它們在來流下將倒流回來，它們在來流的沖擊下，就在點(diǎn)的沖擊下，就在點(diǎn)S附近形成附近形成明顯的旋渦，這旋渦象楔子明顯的旋渦，這旋渦象楔子一樣將邊界層與物面分離開一樣將邊界層與物面分離開來，就是邊界層分離來，就是邊界層分離。分離點(diǎn)ADS壓力逐漸減小壓力逐漸減小壓力逐漸增大壓力逐漸增大邊界層u當(dāng)流到點(diǎn)當(dāng)流到點(diǎn)S時(shí)，速度減為零。時(shí)，速度減為零。170邊界層分離邊界層分離0u倒流

55、倒流圖圖1-25 邊界層分離示意圖邊界層分離示意圖旋渦旋渦ABC分離點(diǎn)分離點(diǎn)SS由上述可知：由上述可知： 流道擴(kuò)大時(shí)必造成逆壓強(qiáng)梯度；流道擴(kuò)大時(shí)必造成逆壓強(qiáng)梯度； 逆壓強(qiáng)梯度容易造成邊界層的分離；逆壓強(qiáng)梯度容易造成邊界層的分離； 邊界層分離造成大量旋渦，大大增加機(jī)械能消耗。邊界層分離造成大量旋渦，大大增加機(jī)械能消耗。171 流體對球體或圓柱體的繞流會產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象，形流體對球體或圓柱體的繞流會產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象，形成旋渦，造成機(jī)械能損耗，表現(xiàn)為流體的阻力損失增大。這成旋渦，造成機(jī)械能損耗，表現(xiàn)為流體的阻力損失增大。這種阻力稱為種阻力稱為形體阻力形體阻力。而流體沿管道流過因速度梯度產(chǎn)生剪。而

56、流體沿管道流過因速度梯度產(chǎn)生剪應(yīng)力所引起的流動阻力稱為應(yīng)力所引起的流動阻力稱為表皮阻力表皮阻力（或（或摩擦阻力摩擦阻力）。）。 若流體所經(jīng)過的流道有彎曲、有突然擴(kuò)大或縮小，流體若流體所經(jīng)過的流道有彎曲、有突然擴(kuò)大或縮小，流體流經(jīng)管件、閥門等地方，同樣會出現(xiàn)邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，流經(jīng)管件、閥門等地方，同樣會出現(xiàn)邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，引起能量損耗。故在流體輸送中應(yīng)設(shè)法避免或減輕邊界層分引起能量損耗。故在流體輸送中應(yīng)設(shè)法避免或減輕邊界層分離造成的阻力損失。但邊界層分離對傳熱及混合，卻有促進(jìn)離造成的阻力損失。但邊界層分離對傳熱及混合，卻有促進(jìn)作用，有時(shí)也要加以利用。作用，有時(shí)也要加以利用?；ぴ砘?/p>

57、原理電子教案電子教案/ /第一章第一章172/111四、邊界層與邊界層分離四、邊界層與邊界層分離流線型邊界層分離會增大能量消耗，在流體輸送中應(yīng)設(shè)法邊界層分離會增大能量消耗，在流體輸送中應(yīng)設(shè)法避免或減輕，但它對混合及傳熱、傳質(zhì)又有促進(jìn)作用避免或減輕，但它對混合及傳熱、傳質(zhì)又有促進(jìn)作用，故有時(shí)也要加以利用。，故有時(shí)也要加以利用。若將圓柱體改為流線形，使邊界層不發(fā)生分離，若將圓柱體改為流線形，使邊界層不發(fā)生分離，阻力損失會大大減小。阻力損失會大大減小。173174175176 本節(jié)是在上節(jié)討論管內(nèi)流體流動現(xiàn)象基本節(jié)是在上節(jié)討論管內(nèi)流體流動現(xiàn)象基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論柏努利方程式中能量損失礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論柏

58、努利方程式中能量損失的計(jì)算方法。的計(jì)算方法。 第五節(jié)第五節(jié) 流體流動的阻力流體流動的阻力 組成組成：由由管、管件、閥門管、管件、閥門以及以及輸送機(jī)械輸送機(jī)械等組成的。等組成的。作用作用：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。 管路系統(tǒng)管路系統(tǒng) 當(dāng)流體流經(jīng)管和管件、閥門時(shí)，為克服流動阻力當(dāng)流體流經(jīng)管和管件、閥門時(shí)，為克服流動阻力而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動阻力時(shí)，而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動阻力時(shí)，必需對管、管件以及閥門有所了解。必需對管、管件以及閥門有所了解。一、管路系統(tǒng)一、管路系統(tǒng) 分類分類：按材料：鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑

59、料管及橡膠管等；按材料：鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑料管及橡膠管等；按加工方法按加工方法：鋼管又有有縫與無縫之分；鋼管又有有縫與無縫之分；按顏色：按顏色：有色金屬管又可分為紫鋼管、黃銅管、鉛管及鋁管等。有色金屬管又可分為紫鋼管、黃銅管、鉛管及鋁管等。表示方法表示方法：AAB B，其中，其中A A指管外徑，指管外徑，B B指管壁厚度，指管壁厚度，如如1081084 4即管外徑為即管外徑為108mm108mm，管壁厚為，管壁厚為4mm4mm。1 管子管子(pipe)作用作用：改變管道方向改變管道方向(彎頭彎頭); 連接支管連接支管(三通三通);改變管徑改變管徑(變形管變形管);堵塞管道堵塞

60、管道(管堵管堵)。螺旋接頭螺旋接頭卡箍接頭卡箍接頭彎頭彎頭三通三通變形管變形管管件管件：管與管的連接部件。管與管的連接部件。2 2 管件管件 (pipe fitting)(pipe fitting)v 截止閥截止閥 (globe valve) v 閘閥閘閥 (gate valve)(gate valve)v止逆閥止逆閥(check valve): (check valve): 單向閥單向閥裝于管道中用以裝于管道中用以開關(guān)管路開關(guān)管路或或調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量。3 閥門閥門v截止閥截止閥 (globe valve)(globe valve) 特點(diǎn)特點(diǎn)：構(gòu)造較復(fù)雜構(gòu)造較復(fù)雜。在閥體部分液。在閥體部分液體