华东理工大学化工原理课件.ppt

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 因水从支管中流出 ，所以， （2）压力射流 根据动量守恒，压力射流 的小孔流速是多少呢？ 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=0.7 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 判断依据：雷诺数 4.1.1 层流和湍流的区别： 层流 湍流 ① ② ③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 ⑤ ⑥ hf与 无关 hf与 有关 ⑦ ⑧ 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 Re<2000 层流 2000<Re<4000 或为层流，或为湍流 Re>4000 湍流 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 湍流强度 或 湍流尺度 两点间的相关系数 两点间的距离为 y 4.2.3 湍流粘度μ’： μ’与流动状况有关，与物性无关 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） 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 4.4.1 取控制体作力衡算 (p1-p2)πr2-πr2lρg·sinα-2πrlτ=0 l·sinα=z2-z1 得，(P1-P2)r =2lτ 或 此式与流体性质、流动类型无关 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) 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 影响因素有三种：①物性因素ρ，μ ②设备因素 d, l,ε ③操作因素 u 机械能衡算 对于直管，u1=u2， 5.1.2 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只有三个 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