大学课件-化工原理-第1章流动5

作业中存在的问题：1.管内径=管外径-2管壁厚常用的表示方法：4108小结：两种稳定的流动状态：层流、湍流判据：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dGduRe1.流体流动的类型2.直圆管内流体的流动(1)剪应力分布)(221pplr——适用于层流或湍流层流时剪应力分布：（2）层流的速度分布)1(422221RrRlppurRe≤2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布max21uuav221max4Rlppudu8avw（3）湍流时的速度分布和剪应力dydue)(Re≥4000umaxururRd湍流时流体在圆管中的速度分布82.0maxuuav剪应力：速度分布：71maxr)Rr1(uu3边界层概念（1）边界层的形成条件流动实际流体流过固体表面（2）形成过程（3）特征：层内、层外（4）流动边界层的发展：圆管中（5）流动边界层的分离：条件、后果u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层Rpugzwpugze222212112121kgJ/fhgugpzHgugpz2222222111mfepupgzwupgz22222222211111Pa1.4.5流体流动阻力计算1流体阻力的表示方法流体阻力损失三种表达形式:RgRhfRpf阻力损失与压力差的区别：△Pf——流体流经两截面间的机械能损失；△P——任意两点间的压力差。kJ/kgmPa阻力损失与压力差的的关系：fepuzgWpp2221当We=0,△z=0,△u=0时：fpp管路中的流动阻力=直管阻力+局部阻力直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生局部阻力：由于速度的大小或方向的改变而引起2圆形直管内的阻力损失(1)范宁公式流体流动阻力----流体与壁面间的摩檫力gudlhf2222udlpf22udlR范宁公式：J/kgmPa*层流时的摩擦系数及Hangen-Poiseuille方程eavwRduuu6464822duavw8232dlupf28uw(2)摩擦系数——Hangen-Poiseuille方程*湍流条件下的摩擦系数影响因素复杂，一般由实验确定。影响因素：几何尺寸及形状；表面情况；流体的物性，如密度，粘度等；流速的大小。利用量纲分析法可以得到：),(dRfe式中——粗糙度——相对粗糙度d*摩擦系数图*摩擦系数图层流区Re≤2000过渡区2000＜Re≤4000湍流区：Re＞4000不完全湍流区完全湍流区（阻力平方区）eR64)(eRf)(df),(dRfe),(dRfe22udlRuR2uR*摩擦因子变化规律分析粗糙度对λ的影响：层流时：绕过突出物，对λ无影响。湍流时：◆当Re较小时，层流底层厚，形体阻力小，突出物对λ的影响小；◆当高度湍流时，层流底层薄，突出物充分暴露，形成较大的形体阻力，突出物对λ的影响大。p1p2流过突出物前后的压力分布*用公式求取摩擦系数p47610Re250025.0Re3164.0Blasuis公式3非圆直管中流动阻力润湿周边长度流通截面积4edLS4)(4水力半径Hr几种常见非圆管的当量直径1）矩形流道2）环形流道baabbaabde2)(24dDdDdDde)()()4(4223）三角形流道的当量直径ddtde21)843(422ddt22324局部阻力指：产生原因：管件、阀门、测量接口、管进出口段形体阻力Elbow(弯头)Bushing(大小接头)Coupling(管接头)PlainTee(三通)Plug(堵头)Reducer(大小头)TypicalscrewedpipefittingsTypicalscrewedpipefittingsNipples(管接头)ReducingstreetElbow(变径弯头)Union(活接头)TypicalflangedfittingsBlindflange(盲板)Screwedflange(螺纹法兰)Slip-onflange(凸缘法兰)TypicalflangedfittingsElbowTeeLateralTaperreducer计算方法：实验，归纳出经验公式式中：le----当量长度2udlR)12e当量长度法：2uR)22局部阻力系数法：式中：----局部阻力系数le及的获得：实验,见有关资料。书P51-53特例：1、突然扩大2、突然缩小0.15.002)5.0(212222221uudlugzgz管口内管口外02)0.15.0(2221uudlgzgz（1）等径管总阻力计算2)(2udllRegudllhef2)(22)(2udllpef5系统的总阻力系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力FICPi1Pi2112202Cucc选在管口内外，、管道内流速选在管口内，、Cucc1(2)变径管总阻力计算变径管d,u,λ不同，需分段计算阻力BCABACRRR其中，22AAABAACudlR25.02Cu2)(221CCBCCudlACCCCeAAARupgzWupgz22212122AAABAACudlR25.02Cu2)0.1(221BCCBCCudl1.4.6量纲分析量纲(Dimension)length–Ltime–Tmass–Mtemperature--M,L,T,L,F,T,M,L,T,F,Velocityhasthedimensionsoflengthdividedbytime.L/T量纲&单位一个物理量只有一个量纲,可能有多个单位units.eg.DimensionunitlengthLm,cm,mm,km,ft…timeTs,min,hrsmassMkglb(pound)…temperatureK,F,CBasicandDerived量纲:L,T,M,其他的物理量由基本量纲表示Velocity:Acceleration:Force:smLTtLtLu/1221/smLTTLTtua22/skgmMLTmaF单位(Unit)SI--SystemInternationalUnitscgs–mostofthephysicalpropertiesdeterminedinlabfps–foot-pound-secondsystemEngineeringunit–usedinindustrySIcgsfpseng.LmcmftcmftMkgglbkgf.s2/cmslugTssss(hr)s(hr)K(kelvin)ºCºC(F)ºC(F)ºC(F)FNdynpdlkgflbf单位换算1kg1kgfMass:1lb=0.454kgLength:1ft=30.48cm=0.03048mTemperature:ºC=K-273.15ºC=(F-32)(5/9)Force:1N=105dyn,1pdl=0.318NEnergy:1cal=4.178J1erg=10-7JPower:1hp=745wPressure:1atm=1.033kgf/cm2=1.013105Pa,1bar=100kN/m21mH2O=9.807kN/m2,1mmHg=0.133kN/m21at=98.07kN/m21dyn/cm2=0.1N/m21.4.6量纲分析流动阻力),,,,,(dlufpf量纲分析方法：减少实验工作量、实验结果推广应用一般实验方法：实验量大、实验结果不能推广应用（1）量纲分析的理论基础：物理方程中的各项都具有相同的量纲，即量纲一致的原则。（2）定理：mnNN---量纲为一数群的数目；n----物理量的数目；m----表达物理量的基本量纲数目。LdlLMLTMTLuLTMmsmkgmNpf;;;;/.32222流动阻力),,,,,(dlufpf表示成为幂函数qjicbafdlKup（3）量纲分析方法：qjicbaLLLLMLTMTLLTM32n=7m=3则N=4若设b、q、i为已知，则dRe,,dlfEuddudlKupuddlduKp;dlKupqibj;b1c;b2aqbi2f2qibfqqibib1bb2fEu---欧拉数ba2:T;qjic3ba1:L;cb1:MRe和Eu的物理意义：剪切力惯性力duRe惯性力摩擦力2fupEu*无量纲数群的组合不唯一，*建立在对过程的基本分析基础上，*不能代替实验，具体函数关系由实验获得，*其根本作用，是减少实验工作量。对量纲分析法的认识1.5管路计算基本内容:设计型计算、操作型计算（1）设计型计算对于给定的生产任务、流量、操作条件，位头，压头，现场情况，设计管路，计算外加功率。管路设计目标：保证稳定安全生产的前提下，使总费用最低。（2）操作型计算已知管路情况和操作条件，生产能力或核算外加功率是否够用。（3）计算依据1）连续性方程2）机械能衡算方程3）阻力损失计算RugzpWugzpe22222221112211SuSu2)(2udllRe费用总费用操作费用设备费流速u适宜图1-43管径优化设计型计算步骤1）选择流速*经济流速(适宜流速)书P64表1.5.1总费用=操作费+设备费（4）计算方法原则：先保证安全稳定生产，再使总费用最低常见流体，选常用的流速范围，燃易爆流体，不超过安全流速。2）确定管径3）计算外加功4）校核设计型计算实例----书P63例1.5.1udqV2421)4(uqdV按标准圆整，重新计算管内流速操作型计算的试差的方法Ru未知，无法计算未知由于Re,uReu计算因此，假定R比较二者大小，相差较大时重新假定1.5.1简单管路指：管径相同，无分支的管路，但可以弯曲(有局部阻力)特点：稳态时，流速恒定、流量恒定简单管路系统特性分析：质量流量体积流量(不可压缩流体)阻力损失4321mmmmmqqqqq4V3V2V1VVqqqqq43322141RRRR2)(2udllRe1.5.2复杂管路(1)串联管路特点：管径不同，但无分支；稳态时，不同管段流速不同；系统阻力计算，需分段计算，再加和。(2)分支管路1）质量流量nimimqq1312333211122RupgzWeupgz2）机械能衡算式（a）总管→支管412444211122RupgzWeupgz512555211122RupgzWeupgz（b）各支管间关系3）流量分配与各支管的阻力有关，并相互影响。应用连续性方程计算...22412444312333RupgzRupgz(3)并联管路指：分支点和汇合点，是各分支的公共点。1）质量流量2）总机械能衡算问题：∑RA-B用一个分支，还是各分支加和结论：并联管路，各支路阻力相等=总阻力并联段，只能计入一个支路的阻力损失。BABBBAAARupgzWe