第一章流体流动与输送.ppt

B-eq.应用举例 例1 虹吸管问题 用虹吸管从高位槽向反应器加料。反应器与储槽均通大气，要求料液速度达1m/s，料液在管内的能量损失为20J/kg（不包括出口损失），求高位槽液面比管出口应高出多少？ 真空吸料 现要将30℃的乙醇输送到高位槽， , 管子 ,流量0.004m3/s。有人建议抽真空，使料液吸上。忽略hf 。求：p=? 解：在1-2截面间列柏努利方程 =5520Pa(绝) 根据物化知识 30℃ pV=10700Pa 1.6 流体流动现象 流动类型与雷诺实验 1、雷诺（Reynolds)实验与雷诺准数(Re) 实验现象 2、Re的物理意义：反映惯性力与黏滞力的比值(Re=ρud/μ) 3、Re ≤2000 层流（Laminar flow) Re ≥4000 湍流（Turbluent flow） 层流与湍流的区别 层流与湍流的根本区别——湍流产生速度脉动（velocity fluctuation) 无因次数群——凡是几个有内在联系的物理量按无量纲条件组成的数群，称为准数或无因次数群。不论采用何单位制，其数值相等。 层流与湍流的区别 层流 湍流 质点运动方式 沿轴向作有规则的平行运动 除轴向运动外，产生径向位移，质点碰撞 速度分布 管内分布呈抛物线状 抛物线顶部变得平坦 流动阻力 黏性摩擦力为主，符合牛顿黏性定律 因漩涡、质点碰撞产生的阻力为主 边界层（Boundary Layer) 边界层——当流体流经固体壁面时，由于流体的粘性，在垂直于流体流动方向上产生速度梯度。在固体壁面附近存在着较大速度梯度的流体层，称为流动边界层，简称边界层。 边界层以外的区域称为主流区。 边界层内，粘性摩擦力为主；主流区，速度均一，无速度梯度，粘性力为零，但涡流阻力较大。 边界层有层流边界层，也有湍流边界层。 边界层的发展——如平板上流动的流体，摩擦力对外流区流体持续作用，促使更多的流体层速度减慢，从而使边界层的厚度增大。 边界层分离与局部阻力 边界层脱体（分离）——产生于流体垂直流过某一物体时。 产生边界层分离的条件——流体有粘性内摩擦和逆压差的作用 黏性流体绕过固体物表面时的阻力为摩擦力与形体阻力之和，又称为局部阻力。流体流过管件、阀门、管子进出口、突然扩大、缩小等局部地方，会发生边界层分离。 流体在管内的流动阻力 流体有黏性，流动是产生内摩擦，是流动阻力产生的根本原因。 流动阻力包括直管阻力和局部阻力，采用不同的计算方法。流动阻力也称为总阻力损失 1kg流体——∑hf ,J/kg 1N流体——∑hf /ρ=∑Hf m 1m3流体——ρ∑hf =ΔPf ,Pa 称为压降 流体在直管中的流动阻力 1直管阻力计算通式 管壁粗糙度对摩擦系数的影响 摩擦系数与雷诺数、粗糙度 1层流区， Re ≤2000 ，摩擦系数与粗糙度无关，与Re呈直线关系 2过渡区，Re=2000-4000,一般以湍流去延伸求得 3湍流区，Re ≥4000，相对粗糙度一定，摩擦系数随Re增大而减小，但Re增至一定程度后，摩擦系数下降缓慢 4 完全湍流区，摩擦系数与Re呈直线关系，称为阻力平方区。 查Re=3×105, ε/d=0.0005时的λ=0.018 查Re=104, ε/d=0.0001时的λ=0.03。 管路上的局部阻力计算法 阻力系数法 当量长度法 局部阻力损失 管件阀件处流道变化大，多发生边界层脱体,产生大量旋涡，消耗了机械能。 查截止阀全开, 接管内径 d=100mm时 的当量长度le 查管道出口 损失ζ值 1.7简单管路计算 简单管路的数学方程:柏努力方程、连续性方程、能量损失计算式，分别为 复杂管路的特点 并联管路 1、总流量等于分流量之和 2、单位质量流体流过各支路的阻力损失相等 分支管路的特点 1、总流量等于分流量之和 2、在流动终了时，单位质量流体的总机械能与阻力损失之和相等。 流量测量 皮托管 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计 第一章流体流动与输送 第一章 流体流动与输送 流体输送是研究单元操作的基础 什么是流体？具有流动性，气体液体统称流体 研究的内容 1、流体静力学 2、动力学 3、流体输送机械 第一章流体流动与输送 主要解决的问题 1、流体输送，速度？管径？外加能量？ 2、压强、流量的测量？ 3、设备的强化？传热、传质的好坏与流体的流动状态密切相关 1.1 流体流动基本概念 连续介质假定——流体由无数质点组成，质点的大小比分子间距离大得多，比设备尺寸小得多。 系统与控制体 系统-包含众多质点的集合。 控制体-考察问题