流體流動(dòng)全冊(cè)配套完整課件

流體流動(dòng)全冊(cè)配套完整課件第一節(jié)流體靜力學(xué)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.本節(jié)內(nèi)容：基本概念流體靜力學(xué)方程靜力學(xué)方程的應(yīng)用重點(diǎn)一、基本概念1、流體：液體和氣體稱為流體。特征：⑴具有流動(dòng)性;

⑵無固定形狀,隨容器的形狀而改變;⑶在外力作用下,內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng);⑷連續(xù)性。分類理想流體實(shí)際流體理想液體:理想氣體::具有黏性，流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力不可壓縮,受熱不膨脹流動(dòng)時(shí)沒有摩擦阻力:不具有黏性，流動(dòng)時(shí)沒有摩擦阻力一、基本概念2、流體的密度：?jiǎn)挝唬簁g/m3

是物質(zhì)本身的物理性質(zhì)之一，與溫度、壓力有關(guān)。1）液體的密度：與溫度有關(guān),與壓力無關(guān)（不可壓縮液體）

混合液體的密度：

式中：、……各組分的密度、……各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位體積流體具有的質(zhì)量?；旌虾篌w積不變一、基本概念2）氣體的密度：

理想氣體：

式中：M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，R為氣體常數(shù)氣體混合物：或

混合后質(zhì)量不變:摩爾分?jǐn)?shù):體積分?jǐn)?shù)式中一、基本概念3、相對(duì)密度（比重）：給定條件下某一物質(zhì)密度與另一參考物質(zhì)的密度之比。

一般取4℃時(shí)水的密度，此時(shí)也叫比重。4、比容（v）：密度的倒數(shù)，即單位質(zhì)量物料所具有的體積。單位：m3/kg一、基本概念5、壓力（壓強(qiáng)）：垂直作用于單位面積流體上力的大小，一般用p表示，單位為Pa（N/m2）。壓力的表示法：（1）絕對(duì)壓力：（2）表壓：表壓=絕壓－大氣壓（3）真空度：真空度=大氣壓－絕壓

絕壓1絕壓2表壓真空度大氣壓絕對(duì)零壓二、靜力學(xué)方程例：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為80kPa，在天津操作時(shí)，真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？已知蘭州地區(qū)平均大氣壓為85.3kPa，天津地區(qū)為101.33kPa。解：絕壓=85.3-80=5.3kPa

天津操作時(shí)，真空度為

101.33-5.3=96.03kPa二、靜力學(xué)方程靜力學(xué)方程是研究靜止流體內(nèi)部壓力與位置之間的關(guān)系.1、靜力學(xué)方程的推導(dǎo)受力分析液柱上面的壓力，液柱自身的重力液柱下底面的壓力，液柱靜止，受力平衡（1）方向向下方向向上二、靜力學(xué)方程若將液柱的上底面取在容器的液面上，設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為pa，而液柱的下底面的壓強(qiáng)為p，液柱的高度為h，則上式可改寫為：（2）（1）（2）兩式稱為靜力學(xué)方程式。二、靜力學(xué)方程2、討論：靜止流體內(nèi)任一點(diǎn)的壓強(qiáng)p的大小與該點(diǎn)的深度有關(guān)，深度h越大，壓強(qiáng)p越大；當(dāng)液面壓強(qiáng)pa發(fā)生發(fā)生變化時(shí)必將引起液體內(nèi)各點(diǎn)壓強(qiáng)發(fā)生同樣大小的變化，即作用在器內(nèi)液面上的壓強(qiáng)能以同樣大小傳遞到液體內(nèi)其它任何一點(diǎn)（等量傳遞）；在靜止的、連通的、同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)壓強(qiáng)都相等，該水平面稱為等壓面；由靜力學(xué)方程可得：說明壓強(qiáng)或壓力差可用一定高度的液柱表示（必須指明所用的液體）。三、靜力學(xué)方程的應(yīng)用：利用靜力學(xué)基本原理可以測(cè)量流體的壓力、容器中液位及計(jì)算液封高度等壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量測(cè)量壓強(qiáng)的儀表很多,僅介紹兩種以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)的測(cè)壓儀器.U形管壓差計(jì)說明：（1）當(dāng)（2）一端接大氣，即p2=pa(大氣壓)時(shí)，稱為單液柱壓差計(jì)，可用來測(cè)量液體在任一處的壓強(qiáng)（表壓）。（測(cè)量氣體的壓強(qiáng)）U形管壓差計(jì)微壓差計(jì)特點(diǎn)：①壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近且不互溶的指示液A和C，而指示液C與被測(cè)流體B亦不互溶；②U形管的兩側(cè)臂頂端裝有擴(kuò)大室，其截面積比U形管截面積大得多，因此當(dāng)R發(fā)生變化時(shí)，小液室液面幾乎不變。例:采用如圖所示的復(fù)式U形管壓差計(jì)測(cè)定設(shè)備內(nèi)C點(diǎn)的壓力,壓差計(jì)中的指示液為汞.兩U管間的連接管內(nèi)充滿了被測(cè)流體——水.兩U形水銀測(cè)壓計(jì)中汞柱的讀數(shù)分別為R1=0.3m,R2=0.6m.指示液的其他液面與設(shè)備內(nèi)C點(diǎn)的垂直距離如圖所示,求C點(diǎn)壓強(qiáng).解:解得小結(jié)1、壓力的三種表示方法；2、靜力學(xué)方程；3、等壓面的概念。習(xí)題

某流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)，如附圖所示。測(cè)得

R1=400mm，R2=50mm，指示劑為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50mm。試求A、B兩處的表壓強(qiáng)。第二節(jié)流體動(dòng)力學(xué)主要內(nèi)容:

流體流動(dòng)的基本概念連續(xù)性方程柏努利方程柏努利方程的應(yīng)用注意:本章的核心!流量與流速1、流量：1)體積流量：2)質(zhì)量流量：3)體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系：

ws=Vs·

ρ單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體量。

單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積，稱為體積流量，以Vs表示，單位為m3/s

或m3/h。

單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以ws表示，單位為kg/s

或kg/h。流量與流速2、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。①點(diǎn)速度：流體流過截面某一點(diǎn)的速度。以u(píng)r表示。②平均流速：流體在截面各點(diǎn)速度的平均值。

單位為m/s

。習(xí)慣上，平均流速簡(jiǎn)稱為流速。3、流量與流速的關(guān)系為：

流量與流速4、管徑的初選：目的：流速大，管徑小，阻力增加，動(dòng)力消耗大，操作費(fèi)用高；流速小，管徑大，操作費(fèi)用減少，基建費(fèi)用上升。

流體的流速根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，見29頁表2-2（流速與流體性質(zhì)、操作條件有關(guān)）。圓整：根據(jù)計(jì)算的管徑選取與其相近的標(biāo)準(zhǔn)管。流量與流速例2-4：20℃的水經(jīng)管道輸送，每小時(shí)輸送72噸，試對(duì)輸水管管徑進(jìn)行初選。解：20℃水密度ρ=998.2㎏/m3≈1000㎏/m3

取u=1.5,則取D125普通管。定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)流動(dòng)系統(tǒng)中，若任一截面上流體的性質(zhì)（密度、粘度等）和流動(dòng)參數(shù)（流速、壓力等）不隨時(shí)間改變，則此種流動(dòng)稱定態(tài)流動(dòng)，否則稱非定態(tài)流動(dòng)。物料衡算——連續(xù)性方程連續(xù)性方程即流體做定態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算式。

如圖所示的定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，流體連續(xù)地從1-1′截面進(jìn)入，2-2′截面流出，且充滿全部管道。以1-1′、2-2′截面以及管內(nèi)壁為衡算范圍，在管路中流體沒有增加和漏失的情況下，進(jìn)行物料衡算。連續(xù)性方程衡算范圍：截面1-1′至2-2′截面衡算基準(zhǔn)：?jiǎn)挝粫r(shí)間列式：推廣至任意截面圓形管道不可壓縮流體連續(xù)性方程例：水泵汲入管為Dg80的水管，出水管為Dg70的水管。吸入管中水的流速為1.2m/s。試求壓出管中水的流速。解：Dg80:Φ88.5×4mm

Dg70:Φ75.5×3.75mm能量衡算——柏努利方程

柏努利方程是流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算式，它反映了流體在流動(dòng)過程中，各種形式機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。注意：柏努利方程為本章的核心！柏努利方程的推導(dǎo)1、流體流動(dòng)時(shí)的能量形式1）內(nèi)能：貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量。設(shè)1kg流體具有的內(nèi)能為U，其單位為J/kg。2）位能：流體受重力作用在不同高度所具有的能量稱為位能。將質(zhì)量為mkg的流體自基準(zhǔn)水平面

0-0’升舉到Z處所做的功，即為位能。

位能=mgZ

1kg的流體所具有的位能為gZ，其單位為J/kg。3）動(dòng)能：流體以一定速度流動(dòng)，便具有動(dòng)能。

1kg的流體所具有的動(dòng)能為，其單位為J/kg。柏努利方程的推導(dǎo)4）靜壓能：流體在壓強(qiáng)p下所具有的能量。即指流體因被壓縮而能向外膨脹而作功的能力。

如圖所示流動(dòng)系統(tǒng)，由于在1-1′截面處流體具有一定的靜壓力，流體要通過該截面進(jìn)入系統(tǒng)，就需要對(duì)流體做一定的功，以克服這個(gè)靜壓力。換句話說，進(jìn)入截面后的流體，也就具有與此功相當(dāng)?shù)哪芰?，這種能量稱為靜壓能。其大小為。單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能為，單位為J/kg。柏努利方程的推導(dǎo)5）熱若管路中有加熱器、冷卻器等，流體通過時(shí)必與之換熱。設(shè)換熱器向1kg流體提供的熱量為Qe，其單位為J/kg。

6）外功在流動(dòng)系統(tǒng)中，如果還有流體輸送機(jī)械（泵或風(fēng)機(jī)），則會(huì)向流體作功，1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量稱為外功或有效功，用We表示，其單位為J/kg。柏努利方程的推導(dǎo)2、實(shí)際流體的機(jī)械能衡算衡算范圍：1-1’至2-2’截面以及管內(nèi)壁所圍成的空間衡算基準(zhǔn)：1kg流體基準(zhǔn)水平面：0-0′水平面

1kg流體損失的機(jī)械能為Σhf

離心泵為1kg流體提供的能量為We由能量守衡定律，列式得說明與討論1、流體流動(dòng)時(shí)沒有泵及能量損失，即，，

則該式說明：理想流體流動(dòng)時(shí)，動(dòng)能、位能、靜壓能相互轉(zhuǎn)化并守衡。2、u1=u2=0時(shí)，或該式說明：流體靜止時(shí)，位能與靜壓能可相互轉(zhuǎn)化。說明與討論3、各項(xiàng)的單位：J/kg4、截面的選?。孩倥c流體流動(dòng)方向垂直；②按流動(dòng)方向選取上、下游截面；③已知參數(shù)充分，未知參數(shù)可通過其它關(guān)系求出。5、水平基準(zhǔn)：與水平面平行。6、可壓縮流體：時(shí)，可按柏努利方程計(jì)算，密度取平均密度。說明與討論7、流體輸送設(shè)備：

軸功率N：電機(jī)傳給泵軸的功率。

有效功率Ne：從電機(jī)提供的功中流體獲得的有效能量。

效率η：說明與討論8、三種形式的柏努利方程：1）1kg流體為基準(zhǔn)：（J/kg）2）1N流體為基準(zhǔn)：（J/N）3）1m3流體為基準(zhǔn)：（J/m3）小結(jié)1、體積流量與質(zhì)量流量、流量與流速的關(guān)系。2、連續(xù)性方程；

當(dāng)管路中管徑發(fā)生變化時(shí)，要用到連續(xù)性方程。3、三種形式的柏努利方程。習(xí)題

水平導(dǎo)管均勻地從φ300mm縮小到200mm(均為內(nèi)徑).在管中流過20℃常壓的甲烷(過程中甲烷的密度變化可忽略),流量為1800m3/h.φ200mm管上聯(lián)接的水柱壓力計(jì)的讀數(shù)為20mm水柱,試求φ300mm

管上聯(lián)接的水柱壓力計(jì)的讀數(shù).設(shè)阻力可以忽略(壓力計(jì)另一端均連通大氣).表2-2流體在一般管路中的流速范圍返回返回復(fù)習(xí)1、質(zhì)量流量ws與體積流量Vs的關(guān)系。2、流速u與流量的關(guān)系。3、連續(xù)性方程（不可壓縮流體在圓管中流動(dòng)的連續(xù)性方程）。4、三種形式的柏努利方程。柏努利方程應(yīng)用解題要點(diǎn)：①作圖并確定衡算范圍；②截面的選取；③基準(zhǔn)水平面的確定；④兩截面上的壓強(qiáng)；⑤單位必須一致。柏努利方程應(yīng)用1、確定流體在管內(nèi)的流量

水在水平管內(nèi)流動(dòng)，截面1處管內(nèi)徑d1為0.2m，截面2處管內(nèi)徑d2為0.1m?，F(xiàn)測(cè)得水在某流量下截面1、2處產(chǎn)生的水柱高度差h為0.20m，若忽略水由1至2處的阻力損失，試求水的流量m3/h。柏努利方程應(yīng)用解：在1、2兩截面間列柏努利方程：因?yàn)槭撬焦?，所以由連續(xù)性方程所以柏努利方程應(yīng)用2、確定容器間的相對(duì)位置

如附圖所示，從高位槽向塔內(nèi)進(jìn)料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液管為φ45×2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.2m（不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進(jìn)料口多少米？柏努利方程應(yīng)用解:如圖所示,取高位槽液面為1-1’截面,進(jìn)料管出口內(nèi)側(cè)為2-2’截面,以過2-2’截面中心線的水平面0-0’為基準(zhǔn)面.在1-1’和2-2’截面間列柏努利方程:式中：Z1=h

；u1≈0；p1=0（表壓）；He=0；

Z2=0；p2=0（表壓）；ΣHf=1.2m柏努利方程應(yīng)用將以上各值代入上式中，可確定高位槽液位的高度柏努利方程應(yīng)用3、確定管路中流體的壓強(qiáng)水在本題附圖所示的虹吸管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，管路直徑?jīng)]有變化，水流經(jīng)管路的能量損失可以忽略不計(jì)，試計(jì)算管內(nèi)截面2-2’、3-3’、4-4’、5-5’處的壓強(qiáng)。大氣壓強(qiáng)為1.0133×105Pa。圖中所標(biāo)注的尺寸均以mm計(jì)。柏努利方程應(yīng)用解：計(jì)算管內(nèi)水的流速。在1-1’、6-6’間列柏努利方程：式中：代入上式并簡(jiǎn)化得解得：由于管路直徑無變化，則管路截面積相等。根據(jù)連續(xù)性方程知Vs=常數(shù)，故管內(nèi)各截面的流速不變，即：因流動(dòng)系統(tǒng)的能量損失忽略不計(jì)，故水可視為理想流體，則系統(tǒng)內(nèi)各截面上流體的總機(jī)械能E相等，即：柏努利方程應(yīng)用=常數(shù)所以以2-2’為基準(zhǔn)水平面，則柏努利方程應(yīng)用（1）截面2-2’的壓強(qiáng)：（2）截面3-3’的壓強(qiáng)：（3）截面4-4’的壓強(qiáng)：（4）截面5-5’的壓強(qiáng)：柏努利方程應(yīng)用4、流體輸送設(shè)備功率的確定

某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為φ108×4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s，出口管為φ76×3mm的鋼管.貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa（表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求泵所需的功率。

柏努利方程應(yīng)用解：如圖所示，取堿液池中液面為1-1′截面，塔頂噴嘴入口處為2-2′截面，并且以1-1′截面為基準(zhǔn)水平面。在1-1′和2-2′截面間列柏努利方程其中：Z1=0；p1=0；u1≈0；Z2=20-1.5=18.5m；

p2=29.4×103

Pa；ρ=1100kg/m3，Σhf=30.8J/kg

泵出口管中堿液的流速：代入柏努利方程，求得泵提供的有效功為：柏努利方程應(yīng)用堿液的質(zhì)量流量泵的有效功率泵的效率為60%，則泵的軸功率說明應(yīng)用柏努利方程解題的步驟：1、選取適當(dāng)?shù)纳稀⑾掠谓孛婕盎鶞?zhǔn)水平面，列柏努利方程。2、根據(jù)已知條件確定方程中除所求量以外的各物理量的數(shù)值。3、代入方程中進(jìn)行求解。習(xí)題

有一垂直管道,內(nèi)徑由φ300mm漸縮至φ200mm,水由下而上在管中流動(dòng).測(cè)得水在粗管口和細(xì)管口的靜壓力分別為p1=150kPa和p2=100kPa(如圖),兩測(cè)壓點(diǎn)間垂直距離為4.5m.若此距離間的摩擦阻力可以忽略,試求水的流量.§1-3實(shí)際流體的流動(dòng)本節(jié)主要內(nèi)容:實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)阻力損失的計(jì)算.重點(diǎn):阻力損失的計(jì)算.難點(diǎn):流動(dòng)形態(tài)邊界層范寧公式一、流體的黏度黏性：與流動(dòng)性相對(duì)，是流動(dòng)流體內(nèi)部阻礙流體向前運(yùn)動(dòng)的特性。1、幾個(gè)概念：1）內(nèi)摩擦力：運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，也稱剪切力，是粘性的表現(xiàn)，又稱黏滯力或黏性摩擦力。3）黏性：運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)部產(chǎn)生的、阻礙流體運(yùn)動(dòng)的特性。的變化率，單位是s-1。4）速度梯度：與流動(dòng)方向垂直的方向上，流體速度2）剪應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的剪切力，用τ表示，單位為Pa。2、牛頓黏性定律實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層的速度成差Δu正比，與兩層間的垂直距離Δy成反比，與兩層間的接觸面積S成正比，即：2、牛頓黏性定律引入一個(gè)比例系數(shù)μ，寫成等式得：

上式只適用于u與y成直線關(guān)系時(shí)，對(duì)于成曲線關(guān)系的情況，則應(yīng)改寫為即剪切力與速度梯度和接觸面積成正比，這就是牛頓粘性定律。μ為比例系數(shù)，稱為黏度。說明：1)牛頓粘性定律是研究流體流動(dòng)阻力的基本定律；

2)此定律適合于層流；

3)圓管內(nèi)速度梯度表示為，沿徑向變。越靠近管壁越大。3、流體的黏度黏度的定義表示流體粘性大小的物理量，物性之一。1）粘度的物理意義：流體流動(dòng)時(shí)在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。2）粘度的單位：在國際單位制下，其單位為3）液體的黏度隨溫度升高而減小，氣體的黏度隨溫度升高而增大。4、非牛頓型流體

凡遵循牛頓粘性定律的流體，稱為牛頓型流體，包括所有氣體和大多數(shù)液體；不符合牛頓粘性定律的流體稱為非牛頓型流體，如高分子溶液、膠體溶液及懸浮液等。本章討論的均為牛頓型流體。黏彈性流體非牛頓型流體黏性流體與時(shí)間無關(guān)觸變性流體流凝性(負(fù)觸變性)流體與時(shí)間有關(guān)有屈服應(yīng)力——賓漢塑性流體假塑性流體漲塑性流體無屈服應(yīng)力二、流體的流動(dòng)型態(tài)1、雷諾實(shí)驗(yàn)：2、兩種流動(dòng)型態(tài)層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別：層流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)只有軸向運(yùn)動(dòng)沒有徑向運(yùn)動(dòng)；湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)除沿軸向運(yùn)動(dòng)處還有徑向運(yùn)動(dòng)。3、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re1）定義：無因次的數(shù)群，又稱特征數(shù)。2）Re與流動(dòng)類型的關(guān)系：①當(dāng)Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；②當(dāng)Re≥4000時(shí)，流動(dòng)為湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；③當(dāng)2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，與外界干擾有關(guān)，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。3）雷諾數(shù)的物理意義Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。其值愈大，流體的湍動(dòng)愈劇烈，內(nèi)摩擦力也愈大。4、流體在圓管內(nèi)的速度分布1）層流時(shí)的速度分布如圖所示，流體在圓形直管內(nèi)作定態(tài)層流流動(dòng)。在圓管內(nèi)，以管軸為中心，取半徑為r、長(zhǎng)度為l的流體柱作為研究對(duì)象。1）層流時(shí)的速度分布由壓力差產(chǎn)生的推力流體層間內(nèi)摩擦力（阻力）當(dāng)r由r→R時(shí)，u由ur→0，積分得管中心流速為最大，即r＝0時(shí)，ur=umax，所以

2、湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)的速度分布無法利用理論推導(dǎo)獲得，而是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，結(jié)果如圖所示。其分布方程通常表示成以下形式：2、湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)平均流速與最大流速間的關(guān)系三、流動(dòng)邊界層1、邊界層的形成三、流動(dòng)邊界層2、邊界層的發(fā)展：1）流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層：2）流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界層：三、流動(dòng)邊界層層流邊界層湍流邊界層x0：穩(wěn)定段長(zhǎng)度三、流動(dòng)邊界層3、邊界層的分離A→C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減小C→S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增加SS’以下：邊界層脫離固體壁面，而后倒流回來，形成渦流，出現(xiàn)邊界層分離。S點(diǎn)：物體表面的流體質(zhì)點(diǎn)在較高壓力和粘性剪應(yīng)力的作用下，速度降為0。三、流動(dòng)邊界層邊界層分離的后果：①產(chǎn)生大量旋渦；②造成較大的能量損失。小結(jié)1、幾種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理及使用；2、牛頓黏度定律；3、雷諾準(zhǔn)數(shù)及兩種流動(dòng)形態(tài)；4、流體在圓管內(nèi)做層流流動(dòng)時(shí)的速度分布；5、層流、湍流平均流速與最大流速的關(guān)系；6、流動(dòng)邊界層。§1-3實(shí)際流體的流動(dòng)本節(jié)主要內(nèi)容:實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)阻力損失的計(jì)算.重點(diǎn):阻力損失的計(jì)算.難點(diǎn):流動(dòng)形態(tài)邊界層范寧公式一、流體的黏度黏性：與流動(dòng)性相對(duì)，是流動(dòng)流體內(nèi)部阻礙流體向前運(yùn)動(dòng)的特性。1、幾個(gè)概念：1）內(nèi)摩擦力：運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，也稱剪切力，是粘性的表現(xiàn)，又稱黏滯力或黏性摩擦力。3）黏性：運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)部產(chǎn)生的、阻礙流體運(yùn)動(dòng)的特性。的變化率，單位是s-1。4）速度梯度：與流動(dòng)方向垂直的方向上，流體速度2）剪應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的剪切力，用τ表示，單位為Pa。2、牛頓黏性定律實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層的速度成差Δu正比，與兩層間的垂直距離Δy成反比，與兩層間的接觸面積S成正比，即：2、牛頓黏性定律引入一個(gè)比例系數(shù)μ，寫成等式得：

上式只適用于u與y成直線關(guān)系時(shí)，對(duì)于成曲線關(guān)系的情況，則應(yīng)改寫為即剪切力與速度梯度和接觸面積成正比，這就是牛頓粘性定律。μ為比例系數(shù)，稱為黏度。說明：1)牛頓粘性定律是研究流體流動(dòng)阻力的基本定律；

2)此定律適合于層流；

3)圓管內(nèi)速度梯度表示為，沿徑向變。越靠近管壁越大。3、流體的黏度黏度的定義表示流體粘性大小的物理量，物性之一。1）粘度的物理意義：流體流動(dòng)時(shí)在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。2）粘度的單位：在國際單位制下，其單位為3）液體的黏度隨溫度升高而減小，氣體的黏度隨溫度升高而增大。4、非牛頓型流體

凡遵循牛頓粘性定律的流體，稱為牛頓型流體，包括所有氣體和大多數(shù)液體；不符合牛頓粘性定律的流體稱為非牛頓型流體，如高分子溶液、膠體溶液及懸浮液等。本章討論的均為牛頓型流體。黏彈性流體非牛頓型流體黏性流體與時(shí)間無關(guān)觸變性流體流凝性(負(fù)觸變性)流體與時(shí)間有關(guān)有屈服應(yīng)力——賓漢塑性流體假塑性流體漲塑性流體無屈服應(yīng)力二、流體的流動(dòng)型態(tài)1、雷諾實(shí)驗(yàn)：2、兩種流動(dòng)型態(tài)層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別：層流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)只有軸向運(yùn)動(dòng)沒有徑向運(yùn)動(dòng)；湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)除沿軸向運(yùn)動(dòng)處還有徑向運(yùn)動(dòng)。3、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re1）定義：無因次的數(shù)群，又稱特征數(shù)。2）Re與流動(dòng)類型的關(guān)系：①當(dāng)Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；②當(dāng)Re≥4000時(shí)，流動(dòng)為湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；③當(dāng)2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，與外界干擾有關(guān)，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。3）雷諾數(shù)的物理意義Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。其值愈大，流體的湍動(dòng)愈劇烈，內(nèi)摩擦力也愈大。4、流體在圓管內(nèi)的速度分布1）層流時(shí)的速度分布如圖所示，流體在圓形直管內(nèi)作定態(tài)層流流動(dòng)。在圓管內(nèi)，以管軸為中心，取半徑為r、長(zhǎng)度為l的流體柱作為研究對(duì)象。1）層流時(shí)的速度分布由壓力差產(chǎn)生的推力流體層間內(nèi)摩擦力（阻力）當(dāng)r由r→R時(shí)，u由ur→0，積分得管中心流速為最大，即r＝0時(shí)，ur=umax，所以

2、湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)的速度分布無法利用理論推導(dǎo)獲得，而是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，結(jié)果如圖所示。其分布方程通常表示成以下形式：2、湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)平均流速與最大流速間的關(guān)系三、流動(dòng)邊界層1、邊界層的形成層流邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層邊界層界限u0u0u0xy三、流動(dòng)邊界層2、邊界層的發(fā)展：1）流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層：2）流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界層：三、流動(dòng)邊界層層流邊界層湍流邊界層x0：穩(wěn)定段長(zhǎng)度三、流動(dòng)邊界層3、邊界層的分離A→C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減小C→S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增加SS’以下：邊界層脫離固體壁面，而后倒流回來，形成渦流，出現(xiàn)邊界層分離。S點(diǎn)：物體表面的流體質(zhì)點(diǎn)在逆壓梯度和粘性剪應(yīng)力的作用下，速度降為0。三、流動(dòng)邊界層邊界層分離的后果：①產(chǎn)生大量旋渦；②造成較大的能量損失。小結(jié)1、幾種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理及使用；2、牛頓黏度定律；3、雷諾準(zhǔn)數(shù)及兩種流動(dòng)形態(tài)；4、流體在圓管內(nèi)做層流流動(dòng)時(shí)的速度分布；5、層流、湍流平均流速與最大流速的關(guān)系；6、流動(dòng)邊界層。管路計(jì)算

管路計(jì)算是綜合運(yùn)用連續(xù)性方程、柏努利方程、范寧公式計(jì)算流動(dòng)過程中的壓頭損失、輸送的流體量或應(yīng)選用的管徑等，作為選用輸送設(shè)備和管道布置設(shè)計(jì)的依據(jù)。分支管路管路計(jì)算管路：由管材、管件、閥門等按一定方式聯(lián)接而成的、供流體流動(dòng)或輸送的設(shè)施。簡(jiǎn)單管路：復(fù)雜管路：從進(jìn)口到出口沒有分支的管路變徑管路管徑不變并聯(lián)管路簡(jiǎn)單管路的計(jì)算1、已知管徑、管長(zhǎng)、管件及閥門的設(shè)置、流體輸送量，求流體通過管路的能量損失，以便進(jìn)一步確定輸送設(shè)備所加入的外功、設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)或設(shè)備間的位置等。即：已知d、l、Vs、ρ、u，求Hf。解題步驟：①由d、Vs按求u;②由求Re，判斷流型并求λ；③按計(jì)算能量損失。例題如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進(jìn)料處的壓力為30kPa(表壓)，輸送管路為φ45×2.5mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)為10m。管路中裝有180o回彎頭一個(gè)，90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）一個(gè)。若維持進(jìn)料量為5m3/h，問高位槽中的液面需高出進(jìn)料口多少米？操作條件下料液的物性：

h解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，管出口內(nèi)側(cè)為

2-2′截面，且以過2-2′截面中心線的水平面為基準(zhǔn)面。在1-1′與2-2′截面間列柏努利方程：其中：Z1=h;u1≈0;p1=0(表壓);Z2=0;p2=20kPa(表壓)；管路總阻力取管壁絕對(duì)粗糙度則查得摩擦系數(shù)各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然縮小

180o回彎頭

90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭

標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）

此類問題，因未知，故無法計(jì)算u、Re、λ，需采用試差法，步驟如下：2、已知管長(zhǎng)、管件或閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度、流體的流量及允許的能量損失，求管徑。已知：l、Vs、Hf、ρ、μ，求d。

設(shè)一λ設(shè)→d→Re→λ求，比較λ設(shè)與λ求，若接近，則問題解決，若不接近，則重設(shè)λ設(shè)，重復(fù)進(jìn)行。λ設(shè)取阻力平方區(qū)的λ值例題如圖所示，密度為950kg/m3、黏度為1.24Pa·s的料液從高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的液面維持恒定，并高于塔的進(jìn)料口4.5m，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為3.82×103Pa。送液管道的直徑為φ45mm×2.5mm，長(zhǎng)為35m（包括管件及閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口損失），管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2mm。試求輸液量為若干m3/h。例題解：以高位槽液面為上游截面1-1’，輸液管出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2’，并以的中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程，得式中：將以上各值代入柏努利方程，并整理得出管內(nèi)料液的流速為例題設(shè)(流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí)的數(shù)值)代入解得：查圖得：代入解得：符合要求，所以否3、已知管長(zhǎng)、管件或閥門的設(shè)置及允許的能量損失，求流體的流速或流量。

此類問題也需用試差法求解。范寧公式哈根-泊謖葉公式二、阻力的計(jì)算：1）當(dāng)量長(zhǎng)度法：以當(dāng)量長(zhǎng)度代替范寧公式中直管的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)量長(zhǎng)度：管件、閥門產(chǎn)生的阻力相當(dāng)于同直徑且阻力損失相同的圓管的長(zhǎng)度，以表示。當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖7、局部阻力：局部阻力損失計(jì)算100mm的閘閥1/2關(guān)le=

22m100mm的標(biāo)準(zhǔn)三通

le=

2.2m100mm的閘閥全開le=

0.75m說明：①變徑時(shí)，以細(xì)管內(nèi)流速計(jì)算局部阻力；②突然擴(kuò)大或突然縮小的阻力系數(shù)：從管路進(jìn)入容器：二、阻力的計(jì)算：因?yàn)樽枇p失與成正比，所以可以將局部阻力損失表示為從容器進(jìn)入管路：③管件、閥門的局部阻力系數(shù)：查手冊(cè)7、局部阻力：2）局部阻力系數(shù)法：ζ：局部阻力系數(shù)二、阻力的計(jì)算8、管路系統(tǒng)中的總能量損失例：分別計(jì)算下列情況下，流體流過φ76×3mm、長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）20℃的水，流速為2.2m/s。解：（1）油品：所以能量損失壓頭損失壓力損失（2）20℃水的物性：取鋼管的絕對(duì)粗糙度ε為0.2mm，則查得所以能量損失壓頭損失壓力損失管路計(jì)算流體輸送機(jī)械重點(diǎn)介紹離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理及使用。概述流體輸送機(jī)械：用來輸送流體并向它提供能量的機(jī)械設(shè)備。泵：用于輸送液體風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)：用于輸送氣體分類離心式：離心泵、離心式風(fēng)機(jī)

往復(fù)式：往復(fù)泵、往復(fù)式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)式：旋轉(zhuǎn)泵、旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)

流體作用式：噴射泵

離心泵離心泵的外觀離心泵的結(jié)構(gòu)與工作原理離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵的結(jié)構(gòu)與工作原理離心泵的結(jié)構(gòu)與工作原理氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動(dòng)時(shí)，若泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，雖啟動(dòng)離心泵也不能輸送液體。此種現(xiàn)象稱為氣縛。灌泵：為防止氣縛現(xiàn)象發(fā)生，啟動(dòng)離心泵前必須向泵內(nèi)灌滿液體，此過程稱為灌泵。底閥：為防止啟動(dòng)前灌入的液體從泵內(nèi)流出，在吸入管路上裝有單向底閥。濾網(wǎng)：防止液體中的固體顆粒被吸入而堵塞管道和泵殼。泵后閥：調(diào)節(jié)流量。離心泵的主要部件葉輪：為流體提供能量。閉式葉輪適用于高揚(yáng)程，輸送潔凈的液體。一般離心泵大多采用閉式葉輪半開（閉）式葉輪適用于輸送含固體顆粒和雜質(zhì)的液體開式葉輪制造簡(jiǎn)單，清洗方便，不易堵塞，適用于輸送含較多固體的懸浮液或輸送漿狀、糊狀液體。離心泵的主要部件葉輪——前、后蓋板——前蓋板——無蓋板泵殼離心泵的外殼多為蝸殼形，其內(nèi)有一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的蝸形通道。葉輪在泵殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)，由于通道逐漸擴(kuò)大，以高速從葉輪四周拋出的流體可逐漸降低流速，減少能量損失，從而使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。泵殼不僅能收集和導(dǎo)出流體，同時(shí)又是能量轉(zhuǎn)換裝置。離心泵的主要部件離心泵的主要部件泵軸和軸封

位于葉輪中心且與葉輪所在平面垂直的一根軸。它由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。在泵軸與泵殼的連接處裝有軸封，防止高壓液體或泵外空氣由泵軸與泵殼的間隙泄漏。

填料密封機(jī)械密封離心泵的主要性能參數(shù)1、流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵輸送液體的體積，單位是l/s、m3/s、

m3/h。2、壓頭H：泵為單位重量流體所提供的能量，與泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量等有關(guān)，又稱揚(yáng)程，單位是m(J/N)。3、效率η：流體得到的有效能量與電機(jī)傳給泵軸能量的比值。4、軸功率N：電機(jī)傳給泵軸的功率。

有效功率Ne：液體從葉輪獲得的功率。

離心泵的特性曲線

Q、H、N、η之間的關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，將H-Q、N-Q、η-Q三條關(guān)系曲線稱為離心泵的特性曲線，它與轉(zhuǎn)速有關(guān)。H-Q：N-Q：η-Q：H隨Q增加而減小。N隨Q增加而增大，Q=0時(shí)，N最小。Q=0時(shí)η=0，Q增大，η先增后減，存在一最大值，此點(diǎn)為最高效率點(diǎn)，稱設(shè)計(jì)點(diǎn)，與最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況，泵的工作范圍應(yīng)在最高效率92%的區(qū)域。汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度

汽蝕現(xiàn)象

當(dāng)泵內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)低至液體飽和蒸汽壓時(shí)部分液體將汽化，產(chǎn)生的汽泡被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處再凝聚。由于凝聚點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空，造成周圍液體高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。瞬間壓力可高達(dá)數(shù)十個(gè)MPa，眾多的水擊點(diǎn)上水擊頻率可高達(dá)數(shù)十kHz，且水擊能量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱量，水擊點(diǎn)局部瞬時(shí)溫度可達(dá)230℃以上。癥狀：噪聲大、泵體振動(dòng)，流量、壓頭、效率都明顯下降。后果：高頻沖擊加之高溫腐蝕同時(shí)作用使葉片表面產(chǎn)生一個(gè)個(gè)凹穴，嚴(yán)重時(shí)成海綿狀而迅速破壞。防止措施：把離心泵安裝在恰當(dāng)?shù)母叨任恢蒙希_保泵內(nèi)壓強(qiáng)最低點(diǎn)處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv。氣蝕現(xiàn)象與離心泵的安裝高度避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的最大安裝高度為允許安裝高度。這一高度與流體的性質(zhì)、大氣壓、吸入管道上的阻力損失等有關(guān)。液體溫度越高，飽和蒸汽壓越小，允許安裝高度越低。吸入管道上阻力損失越大，允許安裝設(shè)計(jì)越低。離心泵的使用吸入管：短、粗、直，盡量減少吸入管路上的管件、閥門。啟動(dòng)泵：灌泵防止氣縛先關(guān)泵后閥，再開泵啟動(dòng)功率最小防止高速流體沖擊離心泵及管路關(guān)閉泵：先關(guān)閥，后關(guān)泵防止高壓流體回流沖擊離心泵及管路THEEND返回往復(fù)泵返回齒輪泵返回噴射泵返回流體流量的測(cè)量流體流量的測(cè)量重要性分類差壓式流量計(jì)速度式流量計(jì)容積式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)速管(皮托管)1、結(jié)構(gòu)2、原理點(diǎn)A:動(dòng)能與靜壓能之和稱為沖壓能.

點(diǎn)B:只測(cè)得靜壓能.U形管:測(cè)得內(nèi)外管壓差,

即動(dòng)能.3、測(cè)速管的安裝與使用1）必須保證測(cè)量點(diǎn)位于均勻流段，一般要求測(cè)量點(diǎn)上、下游的直管長(zhǎng)度最好大于50倍管內(nèi)徑，至少也應(yīng)大于8～12倍。2）測(cè)速管管口截面必須垂直于流體流動(dòng)方向，任何偏離都將導(dǎo)致負(fù)偏差。3）測(cè)速管的外徑d0不應(yīng)超過管內(nèi)徑d的1/50，即d0<d/50。測(cè)速管對(duì)流體的阻力較小，適用于測(cè)量大直徑管道中清潔氣體的流速，若流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，易將測(cè)壓孔堵塞，故不易采用。此外，測(cè)速管的壓差讀數(shù)教小，常常需要放大或配微壓計(jì)。測(cè)速管(皮托管)式中Δh值由液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R來確定。當(dāng)使用U形管壓差計(jì)時(shí)，若讀數(shù)為R，則孔板流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)2、原理流速大,壓力小流速小,壓力大在1-1′截面和2-2′截面間列柏努利方程，暫時(shí)不計(jì)能量損失，有變形得或孔板流量計(jì)

由于上式未考慮能量損失，實(shí)際上流體流經(jīng)孔板的能量損失不能忽略不計(jì)；另外，縮脈位置不定，A2未知，但孔口面積A0已知，為便于使用可用孔口速度u0替代縮脈處速度u2；同時(shí)兩測(cè)壓孔的位置也不一定在1-1′和2-2′截面上，所以引入一校正系數(shù)C來校正上述各因素的影響，則上式變?yōu)椋嚎装辶髁坑?jì)將U形壓差計(jì)公式代入上式中，得根據(jù)連續(xù)性方程，對(duì)于不可壓縮性流體得代入上式，整理后得令則所以流體的體積流量質(zhì)量流量孔流系數(shù)孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)的安裝：孔板流量計(jì)安裝時(shí)，上、下游需要有一段內(nèi)徑不變的直管作為穩(wěn)定段，上游長(zhǎng)度至少為管徑的10倍，下游長(zhǎng)度為管徑的5倍?？装辶髁坑?jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝方便；缺點(diǎn)：能量損失較大。文丘里流量計(jì)

孔板流量計(jì)的主要缺點(diǎn)是能量損失較大，其原因在于孔板前后的突然縮小與突然擴(kuò)大。若用一段漸縮、漸擴(kuò)管代替孔板，所構(gòu)成的流量計(jì)稱為文丘里流量計(jì)或文氏流量計(jì)，如圖所示。當(dāng)流體經(jīng)過文丘里管時(shí)，由于均勻收縮和逐漸擴(kuò)大，流速變化平緩，渦流較少，故能量損失比孔板大大減少。文丘里流量計(jì)式中CV——文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)(約為0.98～0.99)

A0——喉管處截面積，m2。文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理與孔板流量計(jì)相同，也屬于差壓式流量計(jì)。其流量公式也與孔板流量計(jì)相似，即由于文丘里流量計(jì)的能量損失較小，其流量系數(shù)較孔板大，因此相同壓差計(jì)讀數(shù)R時(shí)流量比孔板大。文丘里流量計(jì)的缺點(diǎn)是加工較難、精度要求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程

如圖，取轉(zhuǎn)子下端截面為1-1′,壓強(qiáng)為p1，上端截面為2-2′，壓強(qiáng)為p2，用分別表示轉(zhuǎn)子的體積、最大截面積和轉(zhuǎn)子的密度，ρ表示流體的密度。轉(zhuǎn)子在流體中處于平衡時(shí)轉(zhuǎn)子承受的壓力差=重力-浮力即為常量轉(zhuǎn)子流量計(jì)仿照孔板流量計(jì)，可寫出轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程：CR——轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量系數(shù)AR——轉(zhuǎn)子與玻璃管間的環(huán)隙面積，m2轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn)：恒壓差、恒流速、變截面優(yōu)點(diǎn)：讀數(shù)方便，流動(dòng)阻力很小，測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度較高，對(duì)不同的流體適用性廣。缺點(diǎn)：玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過程中玻璃容易破碎。注意事項(xiàng)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度與被測(cè)流體密度有關(guān)。通常流量計(jì)在出廠之前用水和空氣分別作為標(biāo)定流量計(jì)刻度的介質(zhì)，若測(cè)量其它流體，需進(jìn)行標(biāo)定。流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力本章的難點(diǎn)，包括阻力計(jì)算的通式及層流和湍流的摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算。一、概述：1、阻力產(chǎn)生的原因（1）流體具有粘性，產(chǎn)生粘性阻力；（2）形體阻力：流體流經(jīng)不規(guī)則障礙物，邊界層分離，因渦流產(chǎn)生能量損失。2、阻力分類：直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。總阻力=直管阻力+局部阻力一、概述：3、阻力的表示法：(1):單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).(2):單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).(3):單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失(J/m3=Pa).注意：壓力損失是流體流動(dòng)能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差意義不同，只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時(shí)，二者才相等。二、阻力的計(jì)算：1、圓形直管內(nèi)阻力計(jì)算公式：如圖所示，對(duì)1-1′和2-2′截面間流體進(jìn)行受力分析：推動(dòng)力：方向與流動(dòng)方向相同阻力：方向與流動(dòng)方向相反定態(tài)流動(dòng)，受力平衡二、阻力的計(jì)算：令所以

上式為流體在直管內(nèi)流動(dòng)阻力的通式，稱為范寧公式。式中λ為無因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)，與流體流動(dòng)的Re及管壁狀況有關(guān)。三種形式：

二、阻力的計(jì)算：2、管壁粗糙度對(duì)λ的影響：1）粗糙度(絕對(duì)粗糙度)ε：壁面凸出部分的平均高度。2）相對(duì)粗糙度：3）粗糙度對(duì)的影響：無影響有影響層流時(shí)，無影響。湍流時(shí)二、阻力的計(jì)算：3、層流時(shí)的摩擦系數(shù)：將R=d/2代入可得：哈根-泊謖葉公式與范寧公式比較可得：層流時(shí)摩擦系數(shù)λ是雷諾數(shù)Re的函數(shù)。二、阻力的計(jì)算：4、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)：

湍流時(shí)λ既與Re有關(guān)，又與有關(guān)，一般通過因次分析法進(jìn)行分析，得到一些經(jīng)驗(yàn)公式，這里只介紹比較常用的柏拉修斯式：適用范圍：光滑管，Re在二、阻力的計(jì)算：5、摩擦系數(shù)圖（莫狄（Moody）圖）層流區(qū)Re<2000

與u的一次方成正比。

湍流區(qū)Re>4000虛線以下與Re和都有關(guān)一定時(shí)，Re越大，越小完全湍流區(qū)：虛線以上部分只與有關(guān)，與Re無關(guān)與u的平方成正比過渡區(qū)2000<Re<4000可按層流區(qū)也可按湍流區(qū)查二、阻力的計(jì)算：6、非圓形直管阻力損失的計(jì)算：一般以當(dāng)量直徑代替直徑進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)量直徑de：與非圓形直管等長(zhǎng)且阻力損失相等的圓管的直徑。非圓形管內(nèi)流動(dòng)形態(tài)如何確定？abd2d1二、阻力的計(jì)算：1）當(dāng)量長(zhǎng)度法：以當(dāng)量長(zhǎng)度代替范寧公式中直管的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)量長(zhǎng)度：管件、閥門產(chǎn)生的阻力相當(dāng)于同直徑且阻力損失相同的圓管的長(zhǎng)度，以表示。當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖7、局部阻力：局部阻力損失計(jì)算100mm的閘閥1/2關(guān)le=

22m100mm的標(biāo)準(zhǔn)三通

le=

2.2m100mm的閘閥全開le=

0.75m說明：①變徑時(shí)，以細(xì)管內(nèi)流速計(jì)算局部阻力；②突然擴(kuò)大或突然縮小的阻力系數(shù)：從管路進(jìn)入容器：二、阻力的計(jì)算：因?yàn)樽枇p失與成正比，所以可以將局部阻力損失表示為從容器進(jìn)入管路：③管件、閥門的局部阻力系數(shù)：查手冊(cè)7、局部阻力：2）局部阻力系數(shù)法：ζ：局部阻力系數(shù)二、阻力的計(jì)算8、管路系統(tǒng)中的總能量損失例：分別計(jì)算下列情況下，流體流過φ76×3mm、長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）20℃的水，流速為2.2m/s。解：（1）油品：所以能量損失壓頭損失壓力損失（2）20℃水的物性：取鋼管的絕對(duì)粗糙度ε為0.2mm，則查得所以能量損失壓頭損失壓力損失如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進(jìn)料處的壓力為30kPa(表壓)，輸送管路為φ45×2.5mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)為10m。管路中裝有180o回彎頭一個(gè)，90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）一個(gè)。若維持進(jìn)料量為5m3/h，問高位槽中的液面需高出進(jìn)料口多少米？操作條件下料液的物性：

h解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，管出口內(nèi)側(cè)為

2-2′截面，且以過2-2′截面中心線的水平面為基準(zhǔn)面。在1-1′與2-2′截面間列柏努利方程：其中：Z1=h;u1≈0;p1=0(表壓);Z2=0;p2=20kPa(表壓)；管路總阻力取管壁絕對(duì)粗糙度則查得摩擦系數(shù)各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然縮小

180o回彎頭

90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭

標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）

小結(jié)1、阻力分類2、范寧公式3、層流、湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)4、局部阻力的計(jì)算習(xí)題課一、基本概念法定計(jì)量單位單元操作

穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng)

層流與湍流邊界層與邊界層分離等壓面牛頓黏性定律當(dāng)量長(zhǎng)度和當(dāng)量直徑速度分布流量與流速表壓、絕壓和真空度氣蝕與氣縛阻力系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)粗糙度與相對(duì)粗糙度黏度與黏性二、有關(guān)概念的定義式密度

單位：

理想氣體：

混合物：壓力（壓強(qiáng)）：

單位：流量與流速：黏度：?jiǎn)挝唬?/p>

當(dāng)量直徑：三、基本方程：靜力學(xué)方程：定態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程：柏努利方程：

阻力計(jì)算

范寧公式：總阻力：局部阻力：三、基本方程：層流：湍流：流量測(cè)量

孔板流量計(jì)

選擇題(1)某物體的質(zhì)量為1000kg，則其重量為（）。

(A)1000N(B)9810N(C)9810kgf(D)1000/9.81kgf(2)4℃水在SI制中密度為()；重度為()；在工程單位制中密度為()；重度為()。(A)1000kgf/m3(B)1000kg/m3(C)102kgf·s2/m4(D)9810N/m3(3)如圖所示,若液面恒定,忽略流動(dòng)阻力損失,則放水管的出口速度u與()有關(guān).(A)H

(B)H、d(C)

d(D)Pa(E)

H、d、Pa

BBDCAA選擇題(4)用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量管中的流量，采用如圖所示三種裝置，兩測(cè)壓孔距離h相等，d1＝d2＝d3，各管流速相等。其讀數(shù)分別為R1，R2，R3。則()。(流體皆為水，指示液皆為汞)(A)R2＜R1＜R3(B)R1＜R2＝R3(C)R1＜R2＜R3

(D)R1＝R2＝R3(E)R1＞R2＝R3

D選擇題(5)圖示所表示的R值大小反映（）。

(A)Ａ、Ｂ兩截面間壓差值

(B)Ａ、Ｂ截面間流動(dòng)壓降損失

(C)Ａ、Ｂ兩截面間動(dòng)壓頭變化

(D)突然擴(kuò)大或縮小流動(dòng)損失。A選擇題(6)一敞口容器,底部有一出水管(如圖示)。容器內(nèi)水面保持恒定,管內(nèi)水流動(dòng)的速度頭為0.5m水柱。水由容器流入管內(nèi),則2點(diǎn)的表壓p2=（）水柱。

(A)1.5m(B)1.0m(C)0.75m(D)0.5m

C選擇題(7)如圖所示,用U形壓差計(jì)與管道A、B兩點(diǎn)相連。已知各圖中管徑、A、B間的管長(zhǎng)L及管道中流體流量均相同,管內(nèi)流體均為20℃水,指示液均為汞,則（）。

(A)R1≠R2,R1=R3=R4(B)R1=R2=R3=R4(C)R1=R2

R3

R4(D)R1≠R2≠R3≠R4B選擇題(8)如圖表明,管中的水處于（）。

(A)靜止(B)向上流動(dòng)(C)向下流動(dòng)(D)不一定(9)層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：（）。

(A)湍流流速>層流流速；

(B)流道截面大的為湍流，截面小的為層流；

(C)層流的雷諾數(shù)<湍流的雷諾數(shù)；

(D)層流無徑向脈動(dòng)，而湍流有徑向脈動(dòng)CD選擇題(10)如圖，若水槽液位不變，在閥門打開后，①、②、③點(diǎn)的流體總機(jī)械能的關(guān)系為（）。

(A)①=②=③(B)①=②>③

(C)①>②=③(D)不能肯定(11)一個(gè)工程大氣壓等于（）Pa；（）Kgf/cm2。

(A)1.013×105(B)9.81×104(C)760(D)735.6(E)10.33(F)10(G)1BBG選擇題(12)如圖所示，連接A、B兩截面間的壓差計(jì)的讀數(shù)R表示了（）的大小。

(A)A、B間的壓頭損失Hfab

(B)A、B間的壓強(qiáng)差△P(C)A、B間的壓頭損失及動(dòng)壓頭差之和

(D)A、B間的動(dòng)壓頭差(uA2－uB2)/2g

C選擇題(13)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是（）。（從流道截面與壓差改變考慮）

(A)恒截面、恒壓差(B)變截面、變壓差

(C)恒流速、恒壓差(D)變流速、恒壓差(14)下圖中高位槽液面保持恒定,液體以一定流量流經(jīng)管路,ab與cd兩段長(zhǎng)度相等,管徑與管壁粗糙度相同,則:(1)U形壓差計(jì)讀數(shù)（）

(A)R1

R2

(B)R1=R2(C)R1

R2(D)不一定(2)液體通過ab與cd段能量損失（）。

(A)hfab

hfcd(B)hfab=hfcdCBB選擇題(15)圖示為一異徑管段，A、B兩截面積之比小于0.5，從A段流向B段，測(cè)得U形壓差計(jì)的讀數(shù)為R＝R1，從B段流向A段測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)為R＝R2

，若兩種情況下的水流量相同，則（）。（R只取絕對(duì)值）(A)R1＞R2(B)R1＝R2(C)R1＜R2(D)不能判定C選擇題(16)一敞口容器,底部有一進(jìn)水管(如圖示)。容器內(nèi)水面保持恒定,管內(nèi)水流動(dòng)的速度頭為0.5m水柱。水由水管進(jìn)入容器,則2點(diǎn)的表壓p2=（）水柱。

(A)2.0m(B)1.5m(C)1.0m(D)0.75m(17)在完全湍流(阻力平方區(qū))時(shí)，粗糙管的摩擦系數(shù)λ數(shù)值（）。

(A)與光滑管一樣(B)只取決于Re

(C)只取決于相對(duì)粗糙度(D)與粗糙度無關(guān)BC選擇題(18)如圖，U形壓差計(jì)測(cè)得（）。

(A)A、B間的阻力損失

(B)A、B間的壓強(qiáng)差

(C)A、B間的位頭差加阻力損失

(D)A、B間位頭差(19)如圖示,空氣以相同的流速分別通過水平放置和垂直放置的兩根等徑直管。已知d1=d2

，LAB=LCD，U形壓差計(jì)指示液相同。則（）。(A)△PAB=△PCD(B)△PAB>△PCD

(C)hfAB=hfCD(D)R1>R2CA選擇題(20)下圖中高位槽液面保持恒定,液體以一定流量流經(jīng)管路,ab與cd兩段長(zhǎng)度相等,管徑與管壁粗糙度相同,則:①ab與cd兩段靜壓差（）。

(A)

Pab

Pcd(B)

Pab=

Pcd

(C)

Pab

Pcd(D)不一定②R1值表示（）。(A)ab段的壓差值(B)ab段位能變化(C)ab段流動(dòng)能量損失(D)ab段壓差值及流動(dòng)能量損失CC選擇題(21)用離心泵將水池的水抽吸到水塔中，若離心泵在正常操作范圍內(nèi)工作，開大出口閥門將導(dǎo)致（）。

(A)送水量增加，整個(gè)管路阻力損失減少

(B)送水量增加，整個(gè)管路阻力損失增大

(C)送水量增加，泵的軸功率不變

(D)送水量增加，泵的軸功率下降(22)離心泵的揚(yáng)程，是指單位重量流體經(jīng)過泵后以下能量的增加值()。

(A)包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量(B)機(jī)械能

(C)壓能(D)位能（即實(shí)際的升揚(yáng)高度）BA選擇題(23)已知流體經(jīng)過泵后，壓力增大

pN/m2，則單位重量流體壓能的增加為()。

(A)

p(B)

p/

(C)

p/

g(D)

p/2g(24)離心泵的下列部件是用來將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?)。

(A)泵殼和葉輪(B)葉輪

(C)泵殼(D)葉輪和導(dǎo)輪(25)離心泵停車時(shí)要()。

(A)先關(guān)出口閥后斷電

(B)先斷電后關(guān)出口閥

(C)先關(guān)出口閥先斷電均可

(D)單級(jí)式的先斷電，多級(jí)式的先關(guān)出口閥CAC選擇題(26)離心泵開動(dòng)以前必須充滿液體是為了防止發(fā)生()。

(A)氣縛現(xiàn)象(B)汽蝕現(xiàn)象

(C)汽化現(xiàn)象(D)氣浮現(xiàn)象(27)離心泵最常用的調(diào)節(jié)方法是()。

(A)改變吸入管路中閥門開度

(B)改變壓出管路中閥門的開度

(C)安置回流支路，改變循環(huán)量的大小

(D)車削離心泵的葉輪AB選擇題(28)當(dāng)離心泵內(nèi)充滿