流體流動流體動力學(xué)

流體流動流體動力學(xué)管內(nèi)流動明渠流動本課程僅介紹管內(nèi)流動不銹鋼管得分類:不銹鋼管分無縫鋼管和焊接鋼管(有縫管)兩大類。按斷面形狀又可分為圓管和異形管,廣泛應(yīng)用得就是圓形鋼管,但也有一些方形、矩形、半圓形、六角形、等邊三角形、八角形等異形鋼管。4-1

定態(tài)流動與非定態(tài)流動1、定態(tài)流動

在流動空間得各點上,流體得流速、壓強等所有流動參數(shù)僅隨空間位置變化,而不隨時間變化。2、非定態(tài)流動

在流動空間得各點上,流體得流速、壓強等所有流動參數(shù)既隨空間位置變化,也隨時間變化。4-2

流量與流速1、體積流量qv,s或qv,h

單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面得流體體積。

qV,s——m3/s;qV,h——m3/h2、質(zhì)量流量qm,s或qm,h單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面得流體質(zhì)量。

qm,s——kg/s;qm,h——kg/h。

二者關(guān)系qm,s＝ρqV,s,

qm,h＝ρqV,h

一、流量二、流速2、質(zhì)量流速G

單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位徑向截面積得流體質(zhì)量。平均流速u單位時間內(nèi)流體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)得距離(局部流速不相等,壁面處為0,通道中心最大)。

4-2流量與流速流量qV,s一般由生產(chǎn)任務(wù)決定流速選擇:3、管道直徑得估算

uu適宜費用總費用設(shè)備費操作費管道為圓形

↑→di↓→設(shè)備費用↓流動阻力↑→動力消耗↑

→操作費↑均衡考慮4-2流量與流速例１-６(P18)對于定常流動(SteadyStateFlow)系統(tǒng),任一截面上得流速、密度、壓強等物理參數(shù)均不隨時間而變。在管路中流體沒有增加和漏失得情況下:

推廣至任意截面

——連續(xù)性方程11

2

24-3連續(xù)性方程－定常流動得物料衡算不可壓縮性流體,圓形管道:即不可壓縮流體在管路中任意截面得流速與管內(nèi)徑得平方成反比?！B續(xù)性方程——連續(xù)性方程4-3連續(xù)性方程－定常流動得物料衡算

以上連續(xù)性方程就是流體定常流動得物料衡算式。反映出qm,s、qV,s、u、ρ、A之間得相互關(guān)系?！B續(xù)性方程——連續(xù)性方程——連續(xù)性方程4-3連續(xù)性方程－定常流動得物料衡算例１-7(P19)作業(yè):１-7(P61)一、柏努利方程(一)理想流體定常流動時得機械能衡算4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算p1,u1z1z211

22

00

衡算范圍:1-1′、2-2′截面以及管內(nèi)壁所圍成得空間衡算基準(zhǔn):1kg流體基準(zhǔn)面:0-0′水平面11大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流1、位能:流體受重力作用在不同高度所具有得能量。由此可看出,其大小與所取基準(zhǔn)有關(guān)！2、動能:流體以一定速度流動,便具有動能4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算3、

靜壓能(壓力能、流動功)—流體與固體得區(qū)別靜壓能=lAV4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算理想流體得柏努利方程式適用條件:不可壓縮理想流體&定常流動&無外力或能量變化

設(shè)流動過程中流體與外界無熱量和功得交換,流體溫度不變,即內(nèi)能、熱均無變化。則根據(jù)能量守恒定律,流體在流動過程中總機械能保持不變,即:方程中,各項單位均為J/kg。4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算(二)實際流體機械能衡算式J/kg實際流體:具有黏性得流體流動時有能量損失。機械能→熱能稱損失得機械能為阻力損失即為擴展了得不可壓縮流體得柏努力方程。4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算Pa(1)以單位體積流體為衡算基準(zhǔn):4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算J/N,即m表示:單位重量流體所具有得機械能。也可表示:單位重量得流體所具有得機械能可將其自身從水平基準(zhǔn)面升起得高度,如表示壓力p可使密度為ρ得流體升起得液體柱得高度。(2)以單位重量(重力)流體為衡算基準(zhǔn):4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算J/N,即m實際流體機械能衡算式,一個以單位重量流體為基準(zhǔn),一個以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn),二式完全等價。習(xí)慣上也稱她們?yōu)榘嘏匠?。其中We=gHe,4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算二、柏努利方程得討論

(1)若流體處于靜止,u=0,Σhf=0,We=0,則柏努利方程變?yōu)檎f明柏努利方程即表示流體得運動規(guī)律,也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)得規(guī)律。(2)理想流體在流動過程中任意截面上總機械能、總壓頭為常數(shù),即4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算（3）zg、、——某截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、靜壓能和動能；We——在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得得能量,可視作流體輸送設(shè)備對單位質(zhì)量流體做得有效功,就是決定流體輸送設(shè)備得重要數(shù)據(jù)。有效功率:單位:J/S或W表示單位時間輸送設(shè)備對流體所做得有效功。(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,仍可用該方程計算,但式中得密度ρ應(yīng)以兩截面得平均密度ρm=(ρ1+ρ2)/2代替。(5)方程中等式兩端得壓強能項中得壓強p可以同時使用絕壓或同時使用表壓,視計算要求而定。4-4柏努利方程－定常流動得能量衡算

容器間得相對位置等(z);

管內(nèi)流體得流量(u);管路中流體得壓力(p1);

輸送設(shè)備得有效功率(Ne)。*利用柏努利方程與連續(xù)性方程,可以確定:4-5柏努利方程得應(yīng)用應(yīng)用時得注意問題:(1)根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)得示意圖,標(biāo)明流體得流動方向,定出上、下游截面,明確流動系統(tǒng)得衡算范圍;(2)截面得選取與流體得流動方向相垂直;兩截面間流體應(yīng)就是定常連續(xù)流動;截面宜選在已知量多、計算方便處。

4-5柏努利方程得應(yīng)用(4)各物理量得單位應(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)位能基準(zhǔn)面得選取:

a、必須與地面平行;

b、宜選取兩截面中位置較低得截面;

c、若截面不就是水平面,而就是垂直于地面,則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線得水平面。

4-5柏努利方程得應(yīng)用4-5柏努利方程得應(yīng)用解:由柏努力方程4-5柏努利方程得應(yīng)用例１-8(P24)確定容器間得相對高度［例］

從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)得壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以0、5m/s得速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為1、2m(不包括出口壓頭損失),試求高位槽得液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？4-5柏努利方程得應(yīng)用結(jié)果表明,動能項數(shù)值很小,位能主要用于克服管路阻力、Z2=0,z1=x,p1=p2=0(表壓),A1>>A2u1≈0,u2=0、5m/s,Σhf=gΣHf,ΣHf=1、2m解:取截面1-1及2-2如圖,并以0-0截面為基準(zhǔn)面4-5柏努利方程得應(yīng)用例１-9(P25)確定輸送設(shè)備得有效功率［例］用泵將敞口貯槽中得稀堿液送到蒸發(fā)器中進行濃縮,附圖所示。泵換進口