食品工程原理第一章流體流動(dòng)

第一章流體流動(dòng)第一章流體流動(dòng)流體的特征：具有流動(dòng)性。易變形,沒(méi)有固定的形狀.液體:壓縮性很小(不可壓縮性),有一定表面氣體:壓縮性大無(wú)固定形狀，隨容器的形狀而變化；流體靜力學(xué)是研究流體在外力作用下達(dá)到平衡的規(guī)律。即研究靜止的流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。流體:

具有流動(dòng)性的氣體和液體

第一節(jié)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)式為式中

ρ——流體的密度，kg/m3；

m——流體的質(zhì)量，kg；

v——流體的體積，m3。

1液體的密度不同的流體密度是不同的，對(duì)一定的流體，密度是壓力p和溫度T的函數(shù)，可用下式表示：

ρ＝f（p，T）

流體的物理特性

一、

密度ρ

其中p對(duì)ρ影響小，可忽略，T對(duì)ρ有影響。如純水：

4℃（277K）ρ=1000

20℃（293K）ρ=998.2

100℃（393K）ρ=958.4

K=273+t

K：熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）2液體混合物:液體混合時(shí)，體積往往有所改變。若混合前后體積不變，則1kg混合液的體積等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體積之和，則可由下式求出混合液體的密度ρm。式中α1、α2、…，αn——液體混合物中各組分的質(zhì)量分率；

ρ1、ρ2、…，ρn——液體混合物中各組分的密度，kg/m3；

ρm——液體混合物的平均密度，kg/m3

相對(duì)密度

流體在某溫度下的密度與4℃純水的密度比值

單位質(zhì)量流體的體積，稱為流體的比體積

，用符號(hào)v表示，單位為m3/kg，則亦即流體的比容是密度的倒數(shù)。3比體積v例1-1已知硫酸與水的密度分別為1830kg/m3與998kg/m3，試求含硫酸為60%(質(zhì)量)的硫酸水溶液的密度。解：應(yīng)用混合液體密度公式，則有垂直作用于流體單位面積上的力，稱為流體的壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。習(xí)慣上稱為壓力。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。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。二、壓力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：壓力可以有不同的計(jì)量基準(zhǔn)。絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。表壓：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：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(shuō)明時(shí)均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)算。圖絕對(duì)壓力、表壓和真空度的關(guān)系（a）測(cè)定壓力>大氣壓（b）測(cè)定壓力<大氣壓絕對(duì)壓力測(cè)定壓力表壓大氣壓當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮海ū韷簽榱悖┙^對(duì)壓力為零真空度絕對(duì)壓力測(cè)定壓力（a）（b）表壓與真空度的動(dòng)畫例1-2某酒廠混合液泵每小時(shí)輸送混合液50噸，設(shè)混合液溫度為20℃，相對(duì)密度為1.059，試求：每小時(shí)輸送混合液的體積為多少立方米？例1-3已知甲醇-水溶液中（按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)）甲醇為90%，水為10%，求此甲醇-水溶液在293K時(shí)的密度近似值例1-4裝在某設(shè)備進(jìn)口和出口的力表的讀數(shù)分別為400kPa和200kPa，試求此設(shè)備進(jìn)、出口之間的壓力差。設(shè)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?00kPa例1-5某設(shè)備進(jìn)、出口測(cè)壓儀表的讀數(shù)分別為3kPa（真空）和67kPa（表壓），求兩處的絕對(duì)壓強(qiáng)差。流體靜力學(xué)基本方程式是用于描述靜止流體內(nèi)部的壓力沿著高度變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于不可壓縮流體，密度不隨壓力變化，其靜力學(xué)基本方程可用下述方法推導(dǎo)。三、流體靜力學(xué)基本方程式在垂直方向上作用于液柱的力有：下底面所受之向上總壓力為p2A；上底面所受之向下總壓力為p1A；整個(gè)液柱之重力G＝ρgA(Z1-Z2)?，F(xiàn)從靜止液體中任意劃出一垂直液柱，如圖所示。液柱的橫截面積為A，液體密度為ρ，若以容器器底為基準(zhǔn)水平面，則液柱的上、下底面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為Z1和Z2，以p1與p2分別表示高度為Z1及Z2處的壓力。

p0p1p2Gz2z1上兩式即為液體靜力學(xué)基本方程式.p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)

p2＝p0＋ρgh

如果將液柱的上底面取在液面上，設(shè)液面上方的壓力為p0，液柱Z1-Z2＝h，則上式可改寫為

在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即：p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0由上式可知：

當(dāng)液面上方的壓力一定時(shí)，在靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小，與液體本身的密度和該點(diǎn)距液面的深度有關(guān)。因此，在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)的壓力都相等。此壓力相等的水平面，稱為等壓面。當(dāng)液面的上方壓力p0有變化時(shí)，必將引起液體內(nèi)部各點(diǎn)壓力發(fā)生同樣大小的變化。p2＝p0＋ρgh可改寫為

由上式可知，壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示。或上式中各項(xiàng)的單位均為m。靜力學(xué)基本方程式中各項(xiàng)的意義：將p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)

兩邊除以ρg并加以整理可得：位壓頭：

靜壓頭：式中的第二項(xiàng)p/ρg稱為靜壓頭，又稱為單位質(zhì)量流體的靜壓能

第一項(xiàng)Z為流體距基準(zhǔn)面的高度，稱為位壓頭。若把重量mg的流體從基準(zhǔn)面移到高度Z后，該流體所具有的位能為mgZ。單位重量流體的位能，則為mgz/mg=z

。即上式中Z（位壓頭）是表示單位重量的流體從基準(zhǔn)面算起的位能如圖所示：密閉容器，內(nèi)盛有液體，液面上方壓力為p。圖靜壓能的意義

，靜壓頭的意義：說(shuō)明Z1處的液體對(duì)于大氣壓力來(lái)說(shuō)，具有上升一定高度的能力。注：指示劑的選擇

指示液密度ρ0，被測(cè)流體密度為ρ，圖中a、b兩點(diǎn)的壓力是相等的，因?yàn)檫@兩點(diǎn)都在同一種靜止液體（指示液）的同一水平面上。通過(guò)這個(gè)關(guān)系，便可求出p1－p2的值。可測(cè)管路中某一點(diǎn)或兩點(diǎn)壓強(qiáng)差。流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用

一、壓力測(cè)量

U型管液柱壓差計(jì)

U型管液柱壓差計(jì)：在U型玻璃管內(nèi)，裝有指示液

1、指示液的密度大于被測(cè)流體的密度

2、指示液與被測(cè)流體二者互不相容。

3、指示液與被測(cè)流體不起化學(xué)變化。

常用的指示液：水銀、四氯化碳、水、煤油。根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式則有：U型管右側(cè)

pa＝p1+(m+R)ρgU型管左側(cè)pb＝p2+mρg+Rρ0g

pa＝pbp1－p2＝R（ρ0－ρ）g

測(cè)量氣體時(shí)，由于氣體的ρ密度比指示液的密度ρ0小得多，故ρ0－ρ≈ρ0，上式可簡(jiǎn)化為p1－p2＝Rρ0g

為了安全起見(jiàn)，實(shí)際安裝時(shí)管子插入液面下的深度應(yīng)比上式計(jì)算值略低。

作用：控制設(shè)備內(nèi)氣壓不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值，當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體就從液封管排出，以確保設(shè)備操作的安全。若設(shè)備要求壓力不超過(guò)P1（表壓），按靜力學(xué)基本方程式，則水封管插入液面下的深度h為二、確定液封高度例1為控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)壓強(qiáng)不超過(guò)10.67kpa(表壓)，在爐外裝有安全液封（水封），其作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強(qiáng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體就從水封管排出。試求水封槽的水面高出水封管口的高度h.例2用U型管測(cè)量管道中1、2兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差。已知管內(nèi)流體為水，指示液為四氯化碳，壓差計(jì)讀數(shù)為40㎝。工業(yè)生產(chǎn)中流體大多是沿密閉的管道流動(dòng)。因此研究管內(nèi)流體流動(dòng)的規(guī)律是十分必要的。反映管內(nèi)流體流動(dòng)規(guī)律的基本方程式有：連續(xù)性方程柏努利方程

第二節(jié)流體動(dòng)力學(xué)2.質(zhì)量流量

G,kg/s

單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以G表示，其單位為kg/s。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：

G=ρV

體積流量

V,m3/s

單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為體積流量，以V表示，其單位為m3/s。一、流量

實(shí)驗(yàn)證明，流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體具有粘性，管道橫截面上流體質(zhì)點(diǎn)速度是沿半徑變化的。管道中心流速最大，愈靠管壁速度愈小，在緊靠管壁處，由于液體質(zhì)點(diǎn)粘附在管壁上，其速度等于零。質(zhì)點(diǎn)的流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。二、流速

1平均流速u,m/s

平均速度:一般以管道截面積除體積流量所得的值，來(lái)表示流體在管道中的速度。此種速度稱為平均速度，簡(jiǎn)稱流速。

u＝V/A

流量與流速關(guān)系為：

G=ρV=ρAu

式中A——管道的截面積，m2流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，而合理的流速則應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡決定，一般液體流速為0.5～3m/s。氣體為10～30m/s。某些流體在管道中的常用流速范圍，可參閱有關(guān)手冊(cè)。自來(lái)水1～1.5m/s

水及低粘度液體1.5～3.0m/s

若以d表示管內(nèi)徑，則式u＝V/A

可寫成2管道直徑的估算

例3某廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，試選擇合適的管徑。解：管內(nèi)徑為選取水在管內(nèi)的流速u＝1.8m/s(自來(lái)水1-1.5,水及低粘度液體1.5-3.0)

查附錄中管道規(guī)格，確定選用φ89×4（外徑89mm，壁厚4mm）的管子，則其內(nèi)徑為

d=89-(4×2)＝81mm＝0.081m因此，水在輸送管內(nèi)的實(shí)際操作流速為：穩(wěn)定流動(dòng)(steadyflow)

：流體在管道中流動(dòng)時(shí)，在任一點(diǎn)上的流速、壓力等有關(guān)物理參數(shù)都不隨時(shí)間而改變。

不穩(wěn)定流動(dòng)(unsteadyflow)

：若流動(dòng)的流體中，任一點(diǎn)上的物理參數(shù)，有部分或全部隨時(shí)間而改變。三、穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)211′2′G1G2若在管道兩截面之間無(wú)流體漏損，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從截面1-1進(jìn)入的流體質(zhì)量流量G1應(yīng)等于從截面2-2流出的流體質(zhì)量流量G2。

設(shè)流體在如圖所示的管道中:

作連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng);

從截面1-1流入，從截面2-2流出；

連續(xù)性方程即:G1＝G2

若流體不可壓縮，ρ＝常數(shù)，則上式可簡(jiǎn)化為

Au＝常數(shù)

ρ1A1u1＝ρ2A2u2

此關(guān)系可推廣到管道的任一截面，即

ρAu＝常數(shù)

上式稱為連續(xù)性方程式。

由此可知，在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動(dòng)中，流體流速與管道的截面積成反比。截面積愈大之處流速愈小，反之亦然。

式中d1及d2分別為管道上截面1和截面2處的管內(nèi)徑。上式說(shuō)明不可壓縮流體在管道中的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比?；?qū)τ趫A形管道，有例1-8如附圖所示的輸水管道，管內(nèi)徑為：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）當(dāng)流量為4L/s時(shí)，各管段的平均流速為若干？（2）當(dāng)流量增至8L/s或減至2L/s時(shí)，平均流速如何變化？

d1

d2

d3

(2)各截面流速比例保持不變，流量增至8L/s時(shí)，流量增為原來(lái)的2倍，則各段流速亦增加至2倍，即

u1＝16.3m/s，u2=1.02m/s，u3=4.08m/s解(1)根據(jù)式(1-15)，則

流量減小至2L/s時(shí)，即流量減小1/2，各段流速亦為原值的1/2，即

u1＝4.08m/s，u2=0.26m/s，u3=1.02m/s柏努利方程式是管內(nèi)流體流動(dòng)機(jī)械能衡算式。

一、流動(dòng)時(shí)的流體所具有的機(jī)械能1、位能流體在重力作用下，因質(zhì)量中心高出所選基準(zhǔn)面具有的能量，等于把物體升到它的位置所需的功。設(shè)質(zhì)量為m(kg)的流體，質(zhì)心在基準(zhǔn)面上高度為Z(m)

位能=mgZ

第三節(jié)柏努利方程式單位質(zhì)量流體的位能=mgz/m=gz

1N流體的位能=mgz/mg=z

2、動(dòng)能

由于流體有一定的流速而具有的能量。

質(zhì)量為m的流體，流速為u時(shí)

單位質(zhì)量流體的動(dòng)能

1N流體的動(dòng)能稱為動(dòng)壓頭

3、靜壓能

流體有一定壓強(qiáng)而具有的能量。

靜壓能=mp/ρ單位質(zhì)量流體的靜壓能=mp/ρm

=p/ρ

1N流體的靜壓能=p/ρg

4、外加能量We

管路中安裝有流體輸送機(jī)械（泵），便把機(jī)械能輸入到流體中，1kg質(zhì)量流體從輸送機(jī)械得的機(jī)械能稱為外加功We單位J/kg

1N流體從輸送機(jī)械獲得的機(jī)械能稱為外壓頭He單位m

5、損失能量

流體流過(guò)管路時(shí)克服阻力，使一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能后，不在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這部分能量看作是流體輸送到外界的能量gz為單位質(zhì)量流體所具有的位能；

由此知，中的每一項(xiàng)都是質(zhì)量流體的能量。位能、靜壓能及動(dòng)能均屬于機(jī)械能，三者之和稱為總機(jī)械能或總能量。

p/ρ為單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能；u2/2為單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能。因質(zhì)量為m、速度為u的流體所具有的動(dòng)能為mu2/2

。

z為位壓頭；p/ρg為靜壓頭；u2/2g稱為動(dòng)壓頭

z

+

p/ρg+u2/2g為總壓頭。

實(shí)際流體由于有粘性，管截面上流體質(zhì)點(diǎn)的速度分布是不均勻的從而引起能量的損失。簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)觀察流體在等直徑的直管中流動(dòng)時(shí)的能量損失。二、實(shí)際流體機(jī)械能衡算式

兩截面處的靜壓頭分別為p1/ρg與p2/ρg；

z1＝z2；

u22/2g＝u12/2g

；

1截面處的機(jī)械能之和大于2截面處的機(jī)械能之和。兩者之差，即為實(shí)際流體在這段直管中流動(dòng)時(shí)的能量損失。因此實(shí)際流體在機(jī)械能衡算時(shí)必須加入能量損失項(xiàng)。

由此方程式可知，只有當(dāng)1-1截面處總能量大于2-2截面處總能量時(shí)，流體就能克服阻力流至2-2截面。式中

∑Hf——壓頭損失，m。流體機(jī)械能衡算式在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

式中H―外加壓頭，m。式中∑hf＝g∑Hf，為單位質(zhì)量流體的能量損失，J/kg。

W＝gH，為單位質(zhì)量流體的外加能量，J/kg。

上式為實(shí)際流體機(jī)械能衡算式，習(xí)慣上也稱它們?yōu)榘嘏匠淌?。分析和解決流體輸送有關(guān)的問(wèn)題；柏努利方程是流體流動(dòng)的基本方程式，它的應(yīng)用范圍很廣。三、柏努利方程式的應(yīng)用例1用泵將貯槽(通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，如附圖所示。泵的進(jìn)口管為φ89×3.5mm的鋼管，堿液在進(jìn)口管的流速為1.5m/s，泵的出口管為φ76×2.5mm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7m，堿液經(jīng)管路系統(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0.2kgf/cm2（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。試計(jì)算所需的外加能量。基準(zhǔn)式中，z1=0，z2=7；p1=0(表壓)，p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u10,u2=u1(d2/d1)2=1.5((89-2×3.5)/(76-2×2.5))2=2.0m/s代入上式，得W=128.41J/kg解：解題要求規(guī)范化(1)選取截面連續(xù)流體；兩截面均應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直。用柏努利方程式解題時(shí)的注意事項(xiàng)：(2)確定基準(zhǔn)面

基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。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。不過(guò)，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。(3)壓力

柏努利方程式中的壓力p1與p2只能同時(shí)使用表壓或絕對(duì)壓力，不能混合使用。

(4)外加能量

外加能量W在上游一側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正。

例1-10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0.5m/s的速度流動(dòng)。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？110022解：選取高位槽的液面作為1-1截面，選在管出口處內(nèi)側(cè)為2-2截面，以0-0截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列柏努利方程，則有式中p1=p2=0（表壓）

u1=0（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)）u2=0.5m/sΣhf=1.2mz1-z2=xx=1.2m

計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。柏努利方程的應(yīng)用，有幾點(diǎn)注意。

1、選截面，就是選衡算范圍，選邊界條件，選已知條件最多的邊界。

2、選基準(zhǔn)面，一般選位能較低的截面為基準(zhǔn)面。

3、壓強(qiáng)單位要統(tǒng)一。

4、大口截面的流速為零。

5、上游截面和下游截面要分清。應(yīng)該是上游截面的三項(xiàng)能量之和，加獲得的能量，等于下游截面三項(xiàng)能量之和，加流體損失的能量。

6、水平管確定基準(zhǔn)面時(shí)，通過(guò)管中心的平面，即為基準(zhǔn)面。

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)。第四節(jié)流體粘度及流動(dòng)類型

水槽液面至水管出口的垂直距離保持在6.2m，水管為φ114×4mm的鋼管，能量損失為58.86J/kg，求水的體積流量。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(dòng)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。

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

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Pa·s。常用流體的粘度可查表。dyduoxy上式中du/dy為速度梯度粘度的單位為:

從手冊(cè)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(hào)P表示，稱為泊。

N·s/m2（或Pa·s）、P、

cP與的換算關(guān)系為

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

ν＝μ/ρ

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下，可以認(rèn)為與壓力無(wú)關(guān)。

學(xué)生用的雷諾實(shí)驗(yàn)裝置另一種雷諾實(shí)驗(yàn)裝置流速小時(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(dòng)，各層之間沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的遷移。當(dāng)開(kāi)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(dòng)而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波動(dòng)；速度再增，細(xì)線的波動(dòng)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(dòng)狀況已發(fā)生了顯著地變化。

流體流動(dòng)狀態(tài)類型過(guò)渡流：

流動(dòng)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(guò)渡流不是一種流型。湍流或紊流:

當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿著管道向前流動(dòng)外，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上都會(huì)發(fā)生變化，質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞并互相混合，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流或紊流。層流或滯流:

當(dāng)流體在管中流動(dòng)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(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)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(dòng)。影響流體流動(dòng)類型的因素：流體的流速u

；管徑d；流體密度ρ；流體的粘度μ。

u、d、ρ越大，μ越小，就越容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。上述中四個(gè)因素所組成的復(fù)合數(shù)群duρ/μ，是判斷流體流動(dòng)類型的準(zhǔn)則。

這數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾數(shù)，用Re表示。大量實(shí)驗(yàn)表明：Re≤2000，流動(dòng)類型為層流；Re≥4000，流動(dòng)類型為湍流；2000＜Re＜4000，流動(dòng)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)。

圖1-16速度分布：流體流動(dòng)時(shí)，管截面上質(zhì)點(diǎn)的軸向速度沿半徑的變化。流動(dòng)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

由實(shí)驗(yàn)可以測(cè)得層流流動(dòng)時(shí)的速度分布，如圖所示。速度分布為拋物線形狀。管中心的流速最大；速度向管壁的方向漸減；靠管壁的流速為零；平均速度為最大速度的一半。

流體在圓管內(nèi)的速度分布本節(jié)是在上節(jié)討論管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論柏努利方程式中能量損失的計(jì)算方法。第五節(jié)流體流動(dòng)的阻力組成：由管、管件、閥門以及輸送機(jī)械等組成的。作用：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。

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(dòng)阻力而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力時(shí)，必需對(duì)管、管件以及閥門有所了解。一、管路系統(tǒng)

分類：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：鋼管又有有縫與無(wú)縫之分；按顏色：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：φA×B，其中A指管外徑，B指管壁厚度，如φ108×4即管外徑為108mm，管壁厚為4mm。1管子(pipe)作用：改變管道方向(彎頭);

連接支管(三通);改變管徑(變形管);堵塞管道(管堵)。螺旋接頭卡箍接頭彎頭三通變形管管件：管與管的連接部件。2管件截止閥

閘閥

止逆閥:單向閥裝于管道中用以開(kāi)關(guān)管路或調(diào)節(jié)流量。3閥門

(Valve)截止閥

特點(diǎn)：構(gòu)造較復(fù)雜。在閥體部分液體流動(dòng)方向經(jīng)數(shù)次改變，流動(dòng)阻力較大。但這種閥門嚴(yán)密可靠，而且可較精確地調(diào)節(jié)流量。應(yīng)用：常用于蒸汽、壓縮空氣及液體輸送管道。若流體中含有懸浮顆粒時(shí)應(yīng)避免使用。結(jié)構(gòu)：依靠閥盤的上升或下降，改變閥盤與閥座的距離，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。閘閥：閘板閥特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，液體阻力小，且不易為懸浮物所堵塞，故常用于大直徑管道。其缺點(diǎn)是閘閥閥體高；制造、檢修比較困難。應(yīng)用：較大直徑管道的開(kāi)關(guān)。結(jié)構(gòu)：閘閥是利用閘板的上升或下降，以調(diào)節(jié)管路中流體的流量。止逆閥:

單向閥特點(diǎn)：只允許流體單方向流動(dòng)。應(yīng)用：只能在單向開(kāi)關(guān)的特殊情況下使用。結(jié)構(gòu)：如圖所示。當(dāng)流體自左向右流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)開(kāi)啟；如遇到有反向流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉。這是等待出廠的閥門閘閥截止閥離心泵離心風(fēng)機(jī)高壓風(fēng)機(jī)

4輸送機(jī)械(泵、風(fēng)機(jī))能量損失：流體在管內(nèi)從第一截面流到第二截面時(shí)，由于流體層之間或流體之間的湍流產(chǎn)生的