流体流动-第三次课

说明：1.图中平衡器的小室2中所装的液体与容器里的液体相同。2.平衡器里的液面高度维持在容器液面容许到达的最大高度处。3.容器里的液面高度可根据压差计的读数R求得。液面越高，读数越小。当液面达到最大高度时，压差计的读数为零。1—容器；2—平衡器的小室；3—U形管压差计2、液位测定例2为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高度。指示液为汞。1、分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2，试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。2、当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求石油产品的密度ρP及Z1。已知Hg密度为13600kg/m3。解（1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即（a）pHgRz11（b）pHgRz22（2）将式（a）减去式（b）并经整理得32121/816136005.106.015.0mkgzzRRHgpmz5.28161360015.01作用：控制设备内气压不超过规定的数值，当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。gphOH21若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为3、确定液封高度反映管内流体流动规律的基本方程式有：连续性方程柏努利方程本节主要围绕这两个方程式进行讨论。第三节流体在管内的流动现象一、流动过程与基本概念),,,(zyxfk),,(zyxfk不稳定流动系统：若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变。稳定流动系统：流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变。1、稳定流动系统和不稳定流动系统2、流线与流管流线属性：流管：由流线组成的管状表面。描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线（不同于轨迹线）流线上任一点的切线方向代表流经该处流体质点速度方向；流线互不相交；流体质点流动时不能穿越流线。（2）质量流量(massflowrate)单位时间内流体流经管道任一截面的质量，以qm表示，其单位为kg/s。（1）体积流量（volumetricflowrate）单位时间内流体流经管道任一截面的体积，以qV表示，其单位为m3/s。3、流量与流速qm=ρqV质量流速G：（3）平均流速(averagevelocity)u,m/s单位时间单位截面积流过的流体体积，以u表示，其单位为m/s。AquvG＝ρu2v24πv0.785dqdqu0.785uqvd一般液体流速为0.5～3m/s、气体为10～30m/s。管道直径一般根据流量、流速估算（4）管道直径的估算例以内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。/h453m630))((q321273120273ppTT0VV00q解:依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：取空气的平均分子量为Mm=28.9，则实际操作状态下空气的密度为31212027327322.428.91.79kg/m)()()(ρ14.54m/s21000105)(0.785435/36002v0.785dqu平均流速326.03kg/m14.541.79ρuG依式（1-17），得质量流速例某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管径。0.785uqvd解：管内径为选取水在管内的流速u＝1.8m/s(自来水1-1.5,水及低粘度液体1.5-3.0)运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力。流体运动时内摩擦力的大小，体现了流体粘性的大小。xu=0yu二、牛顿粘性定律实验证明，两流体层之间单位面积上的内摩擦力（或称为剪应力）τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法线方向上的变化率或速度梯度。式中μ为比例系数，称为粘性系数，或动力粘度（viscosity），简称粘度。上式称为牛顿粘性定律。凡遵循牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体。yu粘性是流体的基本物理特性之一。任何流体都有粘性，粘性只有在流体运动时才会表现出来。dyduoxy牛顿粘性定律可改写成：dydu温度对流体粘度的影响一般地，温度上升气体的粘度升高；液体的粘度降低。三、非牛顿型流体1、宾汉塑性流体满足下式：特点：流动发生在屈服应力被克服后此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。)(0dyduK1)(ndyduKSFn1n)(ndyduKSF2、假塑性流体(油脂、油漆、涂料等）3、涨塑性流体（硅酸钾、淀粉、蜂蜜、阿拉伯树胶等）各流体粘性规律dydu图雷诺实验四、流体流动类型与雷诺准数流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动，各层之间没有质点的迁移。当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有色细流便出现波动而成波浪形细线，并且不规则地波动；速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色，各层质点之间发生混合。显然，此时流体的流动状况与之前不同。1、流体流动状态类型过渡流：流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。过渡流不是一种流型。湍流(turbulentflow)当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点发生脉动，彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。层流(laminarflow)当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间没有迁移，互不混合。也称滞流。