大学课件-化工原理-第1章小结

RupgzWupgze222221112121kgJ/fehuggpzHuggpz222221112121mNJ/Mechanicalenergyconservationequ.fepupgzWupgz222222111112121PamJ3/（1）staticfluid–staticfluidequ.2211pgzpgz222221112121upgzupgz（2）idealfluid-Bernoulic’sequ.(3)Realfluid-Mechanicalenergyconservationequ.RupgzWupgze222221112121第1章流体流动1.1概述流体力学的数学分析方法—连续数学流体力学中的基本假设—流体的连续性假设真实图像—分子及分子热运动简化模型—质点微团及质点微团的运动基本研究方法:欧拉法:描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。拉格朗日法：描述的是同一质点在不同时刻的状态。基本定律：牛顿运动学定律动量守恒定律质量守恒定律法向力—压力。压力的特性，表示方法，相互关系。切向力—粘滞力。本质，规律（粘性定律），粘性度量。主要物性：流体的密度粘度流体力学中机械能：动能位能压强能1.2流体静力学(1)静力学方程的导出方法方法较多。注意欧拉法的应用。欧拉法：a）控制体的选取b）过程的数学描述c）牛顿第二定律在流体力学中的应用欧拉方程静力学方程（2）静力学方程的应用压力及压差的测量（主要是U型管压差计）液封（3）关于静力学方程的几点讨论a）方程的适用条件（重力场中处于静止状态下的不可压缩流体）b）方程的几种形式及意义c）几个规律的认识（等压面在同一水平面上；压力是深度的函数；压力以同样大小传递到液体内各点）d）等压面的概念（静止的、连续的同一种流体、处于同一水平面）例题：P865题1.3流体动力学（1）流体流动的描述a）流量质量流量体积流量定义、计算法b）流速流速质量流速c）流动变量的平均值与局部值udAAdAA1)(1局部值平均值d）稳态流动与非稳态流动（2）流动体系的质量衡算原则：输入质量流量-输出质量流量=系统质量累积速率常用的连续性方程形式：21221)()(dduu（3）流体流动的机械能衡算a）理想流体的机械能衡算方程—柏努力方程b）真实流体的机械能衡算方程—总机械能衡算方程c）各自的适用条件柏努力方程—不可压缩的理想流体作稳态恒温流动。d）各自的使用方法e）注意到总机械能衡算、柏努力方程、静力学方程的一致性总机械能衡算柏努力方程静力学方程d）了解动能因子的概念（湍流、层流），一般情况取=1e）不同条件下，流体压力分布和能量转化关系。机械能衡算方程：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（4）机械能衡算方程的应用（a）依题意画出流程示意图，标明流动方向；（b）选取适当截面，与流向垂直；截面的选取应包含待求得未知量和尽可能多的已知量，如大截面、敞开截面；（c）式中各项的单位相同；（d）基准一致，压力基准，位头基准；（e）流速使用所选截面上平均速度（f）有效功率PemeeqWP或gHqPve单位:WPPe/(g)效率P-----输送机械的轴功率1.4流体流动阻力（1）牛顿粘性定律dydu意义：剪应力的大小与速度梯度成正比（速度梯度—变形速率）。适应条件：牛顿型层流流体粘度的变化规律：TT液体气体;常用的粘度单位：SIPa·s；CP（2）流动类型雷诺实验—流型分类流动类型：层流Re≤2000湍流Re≥4000过渡流2000＜Re＜4000sPaCP3101判据：雷诺数)()(Re抑制扰动粘滞力强化扰动惯性力vdudGdu分析影响流型的因素：几何因素物性参数流速（3）流体在圆形直管中流动时的几个重要关系1）层流流动a）剪应力分布（注意教材上按水平管）z1z2lFfF1F2Fg0sin21fgFFFFlzzglrFgrlFPrPFPrPFf12222221211sin,244)(2)]()[(202)(212211122212PPlrgzPgzPlrrllzzglrPPr规律：与r线性分布中心：=0；管壁处最大b)速度分布])(1[42221RrRlPPur规律：层流速度分布为抛物线壁面处速度u=0中心处r=0u=umax2214RlPPc）几个重要关系平均速度与最大速度221max22132218dlPPuRlPPua注意：哈根—泊谡叶公式（层流时圆管内的阻力计算公式）壁面剪应力与平均流速的关系：duaW82）湍流流动a）描述AAAuuu'变瞬时量时均量脉动量b）剪应力dydue)(e—涡流粘度，不是物性常数c）速度分布nrRruu)1(max(Re)fn一般取n=1/7u=0.82umaxd）层流内层的概念层流内层对传质传热的重要影响（4）边界层的概念1）平板上的边界层a）概念，速度梯度的集中区。b）厚度的定义层流湍流8.05.0xxc）边界层内外的不同特征d）边界层的发展x层流湍流转换e）临界雷诺数2）圆形直管内的边界层与平板边界层的不同点在于：a）边界层内u，边界层外流速上升b）充分发展后，在管中心汇合=Rc）进口段长度—正在发展的流动d）充分发展的流动e）管内流动状态取决于边界层汇合点处的流动状态3）边界层分离a）概念边界层脱离壁面b）边界层分离的原因（流体具有粘性，和固体壁面接触）c）分离条件：逆压梯度的存在，动能耗尽d）边界层分离造成的结果—形体阻力e）减少形体阻力的方法（推迟边界层分离，流线形体，导流装置）（5）流体阻力计算1）分类直管阻力计算局部阻力计算2）基本公式范宁公式：222222udlpgudlhudlRff导出方法：机械能衡算牛顿第二定律3）直管阻力计算直管阻力圆形管：非圆形管特征尺寸，圆管直径d特征尺寸，当量直径矩形圆形环形均采用范宁公式4）局部阻力计算方法当量长度法：采用范宁公式阻力系数法22udlpef22upf5）摩擦系数层流区过渡区湍流区完全湍流区)()(Re,)(Re,Re64dfdfdfa）摩擦系数联系莫狄图b）变化规律与的关系层流内层的变化、粗糙峰凸起的影响c）不同区域内：层流区完全湍流区2upupffd）局部阻力系数常见的突然扩大、突然缩小（6）量纲分析法的应用1）依据2）白金汉定理3）量纲分析的基本步骤4）量纲分析法的局限性1.5管路计算（1）计算类型操作型计算设计型计算a)设计型计算:已知qv,操作条件,设计管路系统。b)操作型计算:已知管路情况,进行核算。（2）所用的方程a）机械能衡算方程b）连续性方程c）阻力损失计算（3）管路的分类a）简单管路无分支，无变径机械能衡算方程阻力计算b）串联管路无分支，但管径有变化机械能衡算方程连续性方程阻力计算c）分支管路和并联管路机械能衡算方程连续性方程流量分配方程阻力计算并联管路：分支管路的特例（4）管路分析a）简单管路特性分析例题b）分支管路特性分析例题1.6流速和流量测量（1）测速管a）测量点速度b）原理：动静压的转化造成了压力差冲压-静压=动能c）使用方法（2）文丘里流量计a）原理：机械能转化b）特点：节流式流量计，定截面变压差c）优缺点：永久阻力损失小安装占一定管长空间（3）孔板流量计同文丘里节流式流量计，定截面变压差优点：结构简单，便于安装缺点：永久阻力损失大（4）转子流量计结构和特点：变截面，定压差特别注意校正。1、流动阻力产生的外因和内因；2、流动类型及判据；3、如何看待过渡流；4、湍流的特征；5、强化传递过程的流动条件；6、降低阻力损失的流动条件。7、层流和湍流时，剪应力和速度分布?思考