流體流動(dòng)規(guī)律-流體流動(dòng)的應(yīng)用與控制

化工流體輸送單元操作項(xiàng)目一流體流動(dòng)規(guī)律

知識(shí)點(diǎn)3：連續(xù)性方程定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)一、連續(xù)性方程★定態(tài)流動(dòng)：在流動(dòng)系統(tǒng)中，若流體在各截面上的溫度、壓強(qiáng)、流速等參量?jī)H隨所在空間位置變化，而不隨時(shí)間變化。11'22'11'22'★非定態(tài)流動(dòng)：若流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置而變，又隨時(shí)間而變。(a)(b)定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的物料衡算一、連續(xù)性方程11'22'Qs1Qs2定態(tài)流動(dòng)存在：Qs1=Qs2質(zhì)量守恒定律：定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的物料衡算一、連續(xù)性方程不可壓縮流體圓形管道二、連續(xù)性方程的應(yīng)用思考在定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，水連續(xù)地從粗圓管流入細(xì)圓管，粗管內(nèi)徑為細(xì)管的2倍。則細(xì)管內(nèi)水的流速為粗管內(nèi)流速的多少倍？化工流體輸送單元操作項(xiàng)目一流體流動(dòng)規(guī)律

知識(shí)點(diǎn)4：伯努利方程及其應(yīng)用一、雷諾實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)過程xzydxdydz·(x,y,z)不可壓縮理想流體在重力場(chǎng)中做穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；流動(dòng)過程中沒有外加機(jī)械能。一、伯努利方程推導(dǎo)過程x軸方向上的總靜壓力：xzydxdydz·(x,y,z)x軸上，牛頓第二定律表達(dá)式：整理得：推導(dǎo)過程xzydxdydz·(x,y,z)同理得：—?dú)W拉運(yùn)動(dòng)微分方程一、伯努利方程推導(dǎo)過程xzydxdydz·(x,y,z)時(shí)間dt內(nèi)，流體質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)的距離為dl，該距離在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量分別為dx、dy和dz一、伯努利方程推導(dǎo)過程xzydxdydz·(x,y,z)一、伯努利方程推導(dǎo)過程穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：所以：三式相加：一、伯努利方程推導(dǎo)過程ρ為常數(shù)時(shí)：—伯努利(Bernoulli)方程位能靜壓能動(dòng)能一、伯努利方程推導(dǎo)過程理想流體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程：不可壓縮的理想流體在管道內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)而又沒有外功加入時(shí)，在任意截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能、靜壓能之和為一常數(shù)，且各種形式的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換。一、伯努利方程伯努利方程J/kgJ/N=mJ/m3位能動(dòng)能靜壓能位頭動(dòng)壓頭(速度頭)壓頭一、伯努利方程伯努利方程流體靜止，u=0：重力場(chǎng)中，不可壓縮流體作連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)；可壓縮流體，系統(tǒng)兩截面間壓強(qiáng)變化不超過原來絕對(duì)壓強(qiáng)的20%，密度取截面間流體平均密度，仍可用上式進(jìn)行計(jì)算。一、伯努利方程理想流體能量轉(zhuǎn)換二、伯努利方程的應(yīng)用 3 4

51'22'121二、伯努利方程的應(yīng)用虹吸管pahpaAB11'22'在1-1'和2-2'之間列伯努利方程：其中：z1=0u2=0p1=p2=0H可得：位能→動(dòng)能文氏管11'22'u1u2p1p2二、伯努利方程的應(yīng)用壓力能→動(dòng)能化工流體輸送單元操作項(xiàng)目一流體流動(dòng)規(guī)律

知識(shí)點(diǎn)5：流體流動(dòng)阻力的計(jì)算解析實(shí)踐探索主要內(nèi)容

流體阻力

流體阻力的計(jì)算一二1、流體的粘度流體流動(dòng)時(shí)流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種特性稱為黏性。衡量流體黏性大小的物理量稱為黏性系數(shù)或動(dòng)力黏度，簡(jiǎn)稱黏度，用符號(hào)μ表示。一、流體阻力圖1流體在管道內(nèi)分層流動(dòng)示意圖1、流體的粘度一、流體阻力（1）黏度的單位在物理單位制中黏度的單位為dyn·s/cm2，專用名稱為泊，用符號(hào)P表示。由于泊的單位太大，一般常用的是厘泊(cP)，1P=100cP。在SI制中黏度的單位為N·s/m2或Pa·s。物理單位制中黏度的單位與SI制中黏度單位的換算關(guān)系如下:1Pa·s=10P=1000cP=1000mPa·s或者1cP=1mPa·s

一、流體阻力（2）溫度、壓力對(duì)流體粘度的影響流體的黏度隨溫度而變化。液體的黏度隨溫度的升高而降低；氣體則相反，黏度隨溫度的升高而增大。壓力對(duì)液體黏度的影響可忽略不計(jì)；氣體的黏度只有在極高或極低的壓力下才有變化，一般情況下可以忽略。1、流體的粘度氣體：T↑，μ↑

液體：T↑，μ↓

內(nèi)因內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生流體阻力的根本原因外因流體流動(dòng)狀況是產(chǎn)生流體阻力的第二位原因2、流體阻力產(chǎn)生的原因流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及流道的形狀及尺寸等因素有關(guān)。流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。局部阻力直管阻力流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力可分為直管阻力和局部阻力兩種。二、流體阻力的計(jì)算1、直管阻力計(jì)算范寧公式hf——流體在圓形直管中流動(dòng)時(shí)的損失能量，J/kg；l——管長(zhǎng)，m；d——管內(nèi)徑，m；u2/2——?jiǎng)幽埽琂/kg；λ——摩擦系數(shù)，無單位λ=f（流動(dòng)類型、管壁粗糙度）=f(Re、ε/d)二、流體阻力的計(jì)算2、局部阻力的計(jì)算局部阻力的計(jì)算，通常采用兩種方法：當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。（1）當(dāng)量長(zhǎng)度法將某一局部阻力折合成相當(dāng)于同直徑一定長(zhǎng)度直管所產(chǎn)生的阻力，此折合的直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)le表示。即：le——當(dāng)量長(zhǎng)度，m.值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。hf'——流體在圓形直管中流動(dòng)時(shí)的損失能量，J/kg；l——管長(zhǎng)，m；d——管內(nèi)徑，m；u2/2——?jiǎng)幽?，J/kg；λ——摩擦系數(shù)，無單位注：計(jì)算局部阻力時(shí)，λ及u值與管徑為d的圓管相同