化工原理上冊天津大學柴誠敬07－08學時課件

第一章流體流動1.4流體流動的基本方程1.4.1總質量衡算-連續(xù)性方程1.4.2總能量衡算方程 1三、對伯努利方程的討論 式1-38表明，理想流體在管路中作定態(tài)流動而又無外功加入時，在任一截面上單位質量流體所具有的總機械能相等，換言之，各種機械能之間可以相互轉化，但其總量不變。1.(1-38a)能量轉換062三、對伯努利方程的討論 2.有效功率：輸送機械在單位時間內所作的有效功稱為有效功率，用下式計算

(1-39)3(1-40a)位頭速度頭動壓頭壓力頭壓頭損失總壓頭外加壓頭三、對伯努利方程的討論 54.若流動中既無外加壓頭又無壓頭損失，則任一截面上的總壓頭為常數(shù)三、對伯努利方程的討論 65.如果流體靜止，流體靜止僅是流體運動的特例。三、對伯努利方程的討論 7在應用機械能衡算方程與質量衡算方程解題時，要注意下述幾個問題：1.衡算范圍的劃定2.控制面的選取3.基準面的確定4.單位一致性機械能衡算方程的應用9

第一章流體流動1.5動量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動量傳遞本節(jié)目的：分析阻力產(chǎn)生的根源10層流—分子動量傳遞

對于牛頓型不可壓縮流體的層流流動，牛頓定律可以寫成(1-43)考察式1-43各項物理量的因次：11為動量濃度梯度稱為動量擴散系數(shù)（momentumdiffusivity）

層流—分子動量傳遞13用文字表述為：分子動量通量=動量擴散系數(shù)×動量濃度梯度(1-43)據(jù)此可將式1-43層流—分子動量傳遞14

第一章流體流動1.5動量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞15圖1-14圓管中流體的速度分布一、湍流的特點與表征171.時均量與脈動量圖1-15湍流中的速度脈動一、湍流的特點與表征18除流速之外，湍流中的其它物理量，如溫度、壓力、密度等等也都是脈動的，亦可采用同樣的方法來表征。一、湍流的特點與表征從上圖可知,以x方向為例脈動速度(fluctuationvelocity)瞬時速度(instantaneousvelocity)時均速度(timemeanvelocity)192．湍流強度湍流強度是表征湍流特性的一個重要參數(shù)，其值因湍流狀況不同而異。例如，流體在圓管中流動時，I值范圍為0.01～0.1，而對于尾流、自由射流這樣的高湍動情況下，I值有時可高達0.4。

湍流強度的定義：

一、湍流的特點與表征21二、雷諾應力與渦流傳遞 湍流時的動量傳遞不再服從牛頓黏性定律。但仍可以牛頓黏性定律的形式表達(1-48)渦流動量通量＝渦流動量擴散系數(shù)X時均濃度梯度湍流應力（雷諾應力）22湍流流動中的總動量通量可表示為（1-49）：渦流運動黏度(eddyviscosity)或渦流動量擴散系數(shù)(eddydiffusivity)，m2/s。渦流運動黏度不是流體物理性質的函數(shù)，而是隨湍流強度、位置等因素改變。二、雷諾應力與渦流傳遞 23一、邊界層的形成與發(fā)展遠離壁面的大部分區(qū)域壁面附近的一層很薄的流體層實際流體與固體壁面間相對運動速度變化很小可視為理想流體必須考慮粘性力的影響，由于流體的粘性作用，存在速度梯度25圖1-17平板壁面上的邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展26一、邊界層的形成與發(fā)展由層流邊界層開始轉變?yōu)橥牧鬟吔鐚拥木嚯x。臨界距離依照雷諾數(shù)定義臨界雷諾數(shù)臨界距離所對應的29對于光滑的平板壁面，臨界雷諾數(shù)的范圍為一、邊界層的形成與發(fā)展30管內流動邊界層圖1-18圓管內的流動邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展31可將管內的流動分為兩個區(qū)域：一是邊界層匯合以前的流動，稱之為進口段流動；另一是邊界層匯合以后的流動，稱之為充分發(fā)展了的流動。對于層流，進口段長度可采用下式計算(1-53)一、邊界層的形成與發(fā)展進口段長度32二、邊界層分離與形體阻力邊界層的一個重要特點是，在某些情況下，會出現(xiàn)邊界層與固體壁面相脫離的現(xiàn)象。此時邊界層內的流體會倒流并產(chǎn)生旋渦，導致流體的能量損失。此種現(xiàn)象稱為邊界層分離，它是黏性流體流動時能量損失的重要原因之一。產(chǎn)生邊界層分離的必要條件是：流體具有黏性和流動過程中存在逆壓梯度。33圖1-19邊界層分離示意圖二、邊界層分離與形體阻力分離點34

第一章流體流動1.5動量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞1.5.3邊界層與邊界層分離現(xiàn)象1.5.4

動量傳遞小結35動量傳遞小結由于流體的粘性，當流體運動時內部存在著剪切應力。該剪切應力是流體分子在流體層之間作隨機運動從而進行動量交換所產(chǎn)生的內摩擦的宏觀表現(xiàn)，分子的這種摩擦與碰撞將消耗流體的機械能。在湍流情況下，除了分子隨機運動要消耗能量外，流體質點的高頻脈動與宏觀混合，還要產(chǎn)生比前者大得多的湍流應力，消耗更多的流體的機械能。這二者便是摩擦阻力產(chǎn)生的主要根源。36另一方面，當產(chǎn)生邊界層分離時，由于逆壓作用的結果，流體將發(fā)生倒流形成尾渦，在尾渦區(qū)，流體質點強烈碰撞與混合而消耗能量。這種由于局部產(chǎn)生倒流和尾渦以及壓力分布不均所造成的能量損失稱為形體阻力或局部阻力。動量傳遞小結37練習