大学课件-化工原理-第1章流动3

1．静力学方程的应用（1）压力测量①测压管和气压计气压计测压管Pa=ρgh小结P=ρgh（表压）②U形管压差计gRPP)(21③倾斜液柱压差计sinRR④微差压差计gRPPca)(21⑤倒U形管压差计gRPP)(212.流体动力学（1）流量与流速（2）稳态流动及非稳态流动（3）连续性方程（2）液封高度gPh021221)(dduu222111uAuA2211uAuA222221112121uPgzuPgzkgJ/3/mJgugPzgugPz2222222111m222221112121upgzupgz条件：（1）不可压缩理想流体，稳态流动,与外界无能量交换（2）不可压缩流体或压力变化((P1-P2)/P120%)较小的可压缩流体----气体（4）柏努利方程1.3.5实际流体流动的机械能衡算式上式中：（1）未考虑实际流体流动的阻力（因有粘度μ）（2）与外界输入能量的联系，未能关联若外界对单位质量流体作功为：we单位质量流体损失机械能：R222221112121upgzupgzRpugzwpugze222212112121——实际流体流动的机械能衡算式（1）适用条件重力场中，连续稳定流动的不可压缩流体。对可压缩流体，若开始和终了的压力变化不超过20%，密度取平均压力下的数值，也可应用上式。关于方程的几点讨论：问题：非稳态流动流体，如何用方程在微分时间内用总机械能衡算方程，再积分求解。(2)本质任意流动截面上，流体本身机械能与外加功、阻力损失的关系。用能过程是能量降级或变质过程（机械能永久损失）kgJ/Rupgzwupgze2222222111fepupgzwupgz22222222211111mNJ/3/mJfhgugpzHgugpz2222222111位头压力头动压头有效压头压力头损失（速度头）位能静压能动能有效功损失的机械能Rpf式中——压力降①②③（3）方程的三种表达形式，单位及意义①静止流体---静力学方程式2211pgzpgz222221112121upgzupgz静止流体，各截面势能守恒②理想流体---柏努利方程式指：无阻力损失的流体理想流体，各截面机械能守衡结论：各方程一致，有各自的适用范围及解决问题。（4）两种特例RupgzWupgze22222111212112345OO实际流体的能量分布1.3.6实际流体流动的机械能衡算式的应用1.应用（1）依题意画出流程示意图，标明流动方向；（2）选取适当截面，与流向垂直；截面的选取应包含待求的未知量和尽可能多的已知量，如大截面、敞开截面；（3）式中各项的单位相同；（4）基准一致，压力基准，位头基准；（5）流速使用所选截面上平均速度；（6）有效功率Pe（7）效率P-----输送机械的轴功率meeqWP或gHqPvePPe/2.关于流速的说明：单位质量流体动能流体质量总动能单位质量流体平均动能dsudsurravu3212)2(dSurdSur32221rusdsuru平平均速度22(22平平均与）uu的关系：sudsuuru33222)2(平平平均——动能校正因子工程计算中，取值为1截面选择原则0001m1110mB22R2R1用泵将水槽中水打到高位槽。真空表读数31925Pa，管路阻力∑Rf0-2=23u2，管路阻力∑Rf0-1=4u2。问题（1）管内流速？（2）泵所做的功？10211120002121RuPgZuPgZ102111210RuPgZ212142110003192581.90uusmu/2.2120222220002121RuPgZwuPgZekgJwuRgZwee/2212381.91121202基准一致，压力基准，位头基准。通大气的面，压力为大气压。P(g)=0大截面的流速可忽略不计。u=0选取适当截面，与流向垂直，条件充分。3.实例uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪切应力与速度梯度（1）牛顿粘性定律1.4流体流动阻力1.4.1流体的粘性和牛顿粘性定律速度分布（速度侧形）：速度沿距离的变化关系dydu牛顿粘性定律：实测发现：YuAF意义：剪应力的大小与速度梯度成正比描述了任意两层流体间剪应力大小的关系2.流体的粘度(1)物理意义dydu——动力粘度，简称粘度（2）单位SI单位制：Pa.SN/m2.s物理单位制：P(泊)---达因.秒/厘米2cP(厘泊)换算关系：1cp=0.01P=10-3Pa.s=1mPa.s单位：1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s(3)运动粘度m2/s(4)影响因素①液体粘度随温度升高而降低，压力影响很小。②气体粘度随温度升高而增大，压力影响很小。但在极高压力下，随压力增加有所增加；而在压力极低情况下也要考虑压力的影响。混合物的粘度，按一定混合规则进行加和对于分子不聚合的混合液可用下式计算缺少粘度实验数据时，可按理论公式或经验公式估算粘度。对于压力不太高的气体，估算结果较准，对于液体则较差。iimxloglog常压下气体混合物的粘度，可用下式计算5.05.0MyMyiiim(5)数据来源各种流体的粘度数据，主要由实验测得不同流体的粘度差别很大压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为：空气＝17.9×10-6Pas，γ＝14.8×10-6m2/s水＝1.01×10-3Pas，γ＝1.01×10-6m2/s甘油＝1.499Pas，γ＝1.19×10-3m2/s理想流体：=0du/dy=0τ=0∑hf=0实际流体的速度分布理想流体的速度分布3、粘性对流动的影响随粘度增加或速度梯度增加，τ增加，∑hf增加实际流体：0du/dy0τ0∑hf0dydudydua4.流体类型（1）牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体。气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体（2）非牛顿型流体a——表观粘度，非纯物性,是τ的函数非牛顿型流体①假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体②胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体③粘塑性流体：当应力低于τ0时，不流动；当应力高于τ0时，流动与牛顿型流体一样。τ0称为屈服应力如纸浆、牙膏、污水泥浆等④触变性流体：表观粘度随时间的延长而减小如油漆等⑤粘弹性流体：既有粘性，又有弹性。当从大容器口挤出时，挤出物会自动胀大如塑料和纤维生产中都存在这种现象0du/dyτA-牛顿流体；B-假塑性流体；C-宾汉塑性流体；D-胀塑性流体；牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系1.4.2流体流动的类型---层流及湍流1、雷诺试验1883年,英国物理学家OsboneReynolds作了如下实验DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动特征：流体质点的脉动层流：*流体质点做直线运动*流体分层流动，层间不相混合、不碰撞*流动阻力来源于层间粘性摩擦力过渡流：不是独立流型（层流+湍流），流体处于不稳定状态（易发生流型转变）生产中，一般避免过渡流型下操作。2、雷诺试验现象两种稳定的流动状态：层流、湍流用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流3、实验分析duRe0003ReTMLLTMLMTLLdu（1）影响状态的因素：d,u,ρ，μRe是无因次数群：（2）圆形直管中Re≤2000稳定的层流Re≥4000稳定的湍流2000＜Re＜4000不稳定的过渡流此时，流体处于不稳定的状态，可能是层流，也可能是湍流，取决于流体进入导管的状态、管壁粗糙程度以及周围有无震动等因素。Re特征数的大小，不仅作为层流与湍流的判断依据，而且在传热、传质等其他很多方面广泛的使用。Re的使用中应注意：单位统一有时是直径，有时是别的特征长度。作业：P8713、16、17