化工原理第三版最新课件 第一章03

问题：1。行使的列车旁，人为什么不能靠得太近？2。飞机的升力如何来的？3。旋转的乒乓球为什么走弧线？4。穿堂风是什么？空气对流原理5。山上的瀑布是如何形成的？拟定态处理已知：D=1m,d=40mm,h=0.5m求：放完水所需时间τ解：从1至2截面排柏努利方程任一瞬时∴对桶内液体作质量衡算输入+生成=输出+积累22ughghu2dtdhDud224400ghudtdhdD222hdhgdDdt222shdhgdDdt200205.02203.3动量守恒牛顿第二定律可写成：FΔt=Δ(mu)取单位时间计：F=Δ(qmu)=Σ出qmu-Σ进qmu单进单出：ΣFX=qm(u2x-u1x)ΣFy=qm(u2y-u1y)ΣFz=qm(u2z-u1z)条件：定态流动，管截面上速度均匀分布工程应用：（1）流量分配取一节作分析忽略壁面摩擦阻力，按x方向动量守恒式因支管流水，，所以，分配节（2）压力射流按动量守恒，小孔流速=？解：划虚线控制体，按水平方向列动量守恒式这样得按实用形式，得C0=0.720000)(uAuqpApAAApma200)(uAppAaappu)(20appCu（3）提升高度已知：喷射量qVj=0.02m3/s,d=0.035m提升量qVs=0.03m3/s,D=0.18m求：H=?解：忽略壁面摩擦力，假定速度分布均匀从2→3排动量守恒方程(p3=pa))(44)(2232vjvsvjvsqqDqqDppvjvjvsvsqdqqdDq2224)(4N354)035.002.0035.018.003.018.005.0(785.010002222222OmHPappa242242.11039.118.0785.0354从1→2截面排柏努利方程guHgpgpa2222smu/23.1)035.018.0(785.003.0222mgugppHa34.181.9223.142.122222（4）水龙反冲力已知：D=90mm,d=30mm,pmax=150kPa(表)求：最大理论喷射高度h水龙反冲力的大小,方向解：由1→2截面排柏努利方程Δz≈0最大理论喷射高度即为出口动能完全转化成位能取控制体作动量守恒计算方向：顶住水龙,不让它向后退)1(222414222212221dduuuppsmddppu/4.17)90301(100010001502)1()(2444142212mguh4.1581.924.172222NAuF21403.0785.04.171000222224流体流动的内部结构4.1流动的型态对于水平直管人们发现两种规律：雷诺实验表明存在两种流动类型(录像)判断依据：雷诺数ppphf21fhupgzupgz2222222111duRe4.1.1层流和湍流的区别：层流湍流①②③无微团作径向运动有微团作径向运动④层流层从中心到管壁层流内层附壁⑤dydudydu)'(⑥hf与无关hf与有关⑦⑧传热、传质慢传热、传质快层流和湍流的本质区别:是否存在速度、压强的脉动性4.1.2流型判据Re2000层流三区两型2000Re4000或为层流，或为湍流Re4000湍流dd4.2湍流的基本特征4.2.1时均速度和脉动速度速度=时均速度+脉动速度4.2.2湍流的强度和尺度湍流：主体流动+各种大小、强弱的旋涡'uuu湍流强度或湍流尺度两点间的相关系数两点间的距离为y4.2.3湍流粘度μ’：μ’与流动状况有关，与物性无关2'xxuIuuIxx/2'0Rdyl2'22'1'2'1xxxxuuuuRdydu)'(4.3边界层及边界层脱体4.3.1边界层实际流体μ≠0，壁面无滑脱边界层---流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域入口段阻力大、传热、传质快4.3.2边界层脱体流体绕过圆柱的流动边界层脱体的后果：1.产生大量的旋涡，2.造成较大能量损失边界层脱体的条件:1．逆压强梯度2．外层动量来不及传入如：平板不会发生脱体（无倒压区）流线型物体也不发生脱体（尾部收缩缓慢，动量来得及传入）(录像)(管排)4.4圆管内流体运动的数学描述数学描述方法：①取控制体（微分控制体或积分控制体）②作力（热量、质量）衡算③结合本过程的特征方程（如）解方程④将结果整理成所需要的形式dydu4.4.1取控制体作力衡算(p1-p2)πr2-πr2lρg·sinα-2πrlτ=0l·sinα=z2-z1得，(P1-P2)r=2lτ或此式与流体性质、流动类型无关rl221PP4.4.2层流速度分布层流条件下：特征方程边界条件r=R处u=0积分得由，得湍流条件下：由于μ’的困难而无法解析解实测后归纳成n=f(Re)drdu5阻力损失5.1两种阻力损失根本原因—黏性划分：直管阻力损失（沿程阻力损失）局部阻力损失（管件、阀件的阻力损失）5.1.1直管阻力损失影响因素：①物性因素ρ，μ②设备因素d,l,ε③操作因素u机械能衡算直管，u1=u2，fhuu22222211PPPPP21fh5.1.2泊谡叶方程层流时，已得得应用条件：①牛顿流体②层流状态③圆直管速度分布稳定段（非入口段）层流直管阻力也可写成5.2湍流直管阻力损失实验研究方法:基本要求：由小见大，由此及彼量纲分析指导下的实验研究方法的主要步骤：①析因实验---找出主要影响因素hf=f(d,l,μ,ρ,u,ε)②无量纲化----减少工作量量纲分析法的基本依据：物理方程的量纲一致性力学范围内基本量纲质量[M]，长度[L]，时间[T]其它量纲均为导出量纲，如密度[ML-3]f(hf,d,l,μ,ρ,u,ε)=0选d,u,ρ为基本变量，将hf,l,μ,ε无量纲化③实验并数据处理因,习惯用表示速度头，则记摩擦系数以不同的Re(方便地调节u)，不同的人工粗糙管,以水或空气就可做实验5.3摩擦系数5.3.1莫迪图层流时，管内全部为层流，λ与ε/d无关湍流时，层流内层厚度δ，δε,水力光滑管,λ与Re有关,与ε/d无关δ~ε,λ与Re、ε/d都有关δε,完全湍流粗糙管,λ与Re无关,与ε/d有关同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管本次讲课习题：第一章16，17，18，20，21雷诺实验返回边界层脱体返回管排边界层脱体返回