【2017年整理】化工原理基本概念.doc

定态流动：流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动 非定态流动：若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非定态流动。 牛顿粘性定律：对于一定的流体，内摩擦力F与两流体层的速度差成正比，与两层之间的垂直距离dy成反比，与两层间的接触面积A成正比，即 （1-26） 式中：F——内摩擦力，N； ——法向速度梯度，即在与流体流动方向相垂直的y方向流体速度的变化率，1/s； μ——比例系数，称为流体的粘度或动力粘度，Pa·s。 一般，单位面积上的内摩擦力称为剪应力，以τ表示，单位为Pa，则式（1-26）变为 （1-26a） 式（1-26）、（1-26a）称为牛顿粘性定律，表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括所有气体和大多数液体。 非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。本章讨论的均为牛顿型流体。 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； 湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。 雷诺数Re：流体的流动类型可用雷诺数Re判断。 （1-28） Re准数是一个无因次的数群。 大量的实验结果表明，流体在直管内流动时， 当Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； 当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 当2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，与外界干扰有关，该区称为不稳定的过渡区。 边界层：流速降为主体流速的99％以内的区域称为边界层。 边界层厚度：边界层外缘于垂直壁面间的距离称为边界层厚度。 适宜流速的选择应根据经济核算确定，通常可选用经验数据：通常水及低粘度液体的流速为1～3m/s，一般常压气体流速为10饱和蒸汽流速为20～40 m/s等。一般，密度大或粘度大的流体，流速取小一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取得大一些，以避免固体杂质沉积在管道中。 层流边界层与湍流边界层:边界层流型也分为层流边界层与湍流边界层。在平板的前段，边界层内的流型为层流，称为层流边界层。离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为湍流，称为湍流边界层。 直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力； 局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。 范宁（Fanning）公式:流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁（Fanning）公式 式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。范宁公式对层流与湍流均适用，只是两种情况下摩擦系数不同。 根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式： 压头损失 压力损失 哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程：是流体在直管内作层流流动时压力损失的计算式。 压力损失： 层流时摩擦系数的计算式： 即层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。 (层流时的流动阻力或摩擦系数与管壁粗糙度无关，只与Re有关。) 湍流时的摩擦系数：（1）可以查 莫狄（Moody）摩擦系数图。 （2）对于湍流时的摩擦系数λ，除了用Moody图查取外，还可以利用一些经验公式计算。这里介绍适用于光滑管的柏拉修斯（Blasius）式： 其适用范围为Re＝5×103～105。此时能量损失约与速度u的1.75次方成正比。 考莱布鲁克（Colebrook）式 此 式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光滑管； 粗糙管：钢管、铸铁管等。 绝对粗糙度:管道壁面凸出部分的平均高度，称为绝对粗糙度，以表示。 相对粗糙度:绝对粗糙度与管径的比值即，称为相对粗糙度。 (工业管道的绝对粗糙度数值见教材。) 水力光滑