制药工程化工原理09-10学时.ppt

湍流区摩擦系数常用查图法或由经验公式计算： Blasius 公式： Re＝2.5×103～105 适用光滑管， Haaland公式： 倾斜直管，则 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 同根直管无论如何安装，相同流动条件下的阻力损失是不变的。Re，ε/d不变，则hf不变。 水平直管： 直管阻力的测量方法： 局部阻力损失的计算 1. 局部阻力系数法(突扩,突缩,进.出口) 将局部能量损失表示成流体动能因子 的一个倍数，即 ：局部阻力系数 突然扩大时的阻力系数计算式为： 突然扩大 细管内速度 管出口 突然缩小时的阻力系数计算式为: 突然缩小 细管内速度 管入口 u 过渡区： 流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。过渡区不是一种流型。 惯性力加剧湍流，黏性力抑制湍流。 边界层中的流动状态：边界层中的流动状态分为层流和湍流。边界层刚形成时,厚度很小,一般是层流；经过一段距离，就可能发展为湍流。流动状态的转变取决于雷诺数Re，对于绕平板的流动,雷诺数Re=xuρ/μ。 * B-p流动通道增大，静压强增大，和壁面摩擦共同作用使壁面处流体减速至0，见p点。远离壁面流体动能大继续向前，形成了pp‘速度为0的区域，边界层就脱离了壁面。 边界层分离：考察流体绕圆柱体的流动可看到:边界层由A点（称驻点）开始形成，沿流动方向不断增厚；在圆柱体的前半部，通道逐渐缩小根据伯努利方程流体速度u增大而压力p减小，边界层中的流体在顺压作用下向前流动；在柱体后半部，从B点开始,通道逐渐扩大,流体速度降低,压力增加，沿流动方向产生了逆压，阻碍流体前进；边界层流体在粘性摩擦和逆压的双重作用下，动能不断下降,到P点消耗殆尽，壁面附近的流体速度降为零。离壁面稍远的流体质点，受外流带动，具有较大的动能，流过较长的距离直至P′点速度方降为零。CP′以下的流体,在逆压作用下发生了倒流，并将相邻流体外挤，形成脱离圆柱体的边界层，这一现象称边界层分离,C点称分离点。倒流的流体与CP′以外继续前进的流体之间产生大量旋涡,构成尾涡区。尾涡区压力低，使圆柱体前部和后部的压力分布不对称，这就形成了压差阻力。不同雷诺数下的压力分布由实验测出。 边界层理论应用的突出成就，是阐明了流动阻力的机理，为计算流动阻力以及设法减小流动阻力提供了理论依据。进一步与传热、传质和化学反应的研究结合起来，在流动边界层概念的基础上，还提出了温度边界层、浓度边界层和反应边界层等理论。应用边界层理论可以计算粘性流体运动时的速度分布，这为阐明传热和传质机理，计算温度分布、浓度分布、传热分系数、传质分系数及反应速率奠定了基础；同时也为传热、传质等过程的强化指明了方向。 * 层流和湍流的动量传递机理不同，摩擦系数的求解方法也不同 雷诺数 黏度 流速 密度 直径 Re≤2000： 层流； Re＞4000： 湍流； Re=2000～4000： 过渡区。 直管内的流动： 雷诺数物理意义： 反映了综合因素对流体流动的影响，如流体受到的扰动情况、管壁粗糙程度、管道入口形状、流体自身特点等。标志着流体流动的湍动程度。 黏性 流体内部相邻流体层之间的相互作用力称为剪切力（内摩擦力）。单位作用面积上的剪切力称为剪应力。 流体所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于静止还是流动，都具有黏性。 平板间黏性流体的速度变化： 上板以恒定速度沿x的正方向运动 牛顿黏性定律： 剪应力 速度梯度 黏度 Pa·S 表示流体黏性的系数，也称动力黏度。 物理单位制: P（泊）, cP（厘泊） 单位： 动力黏度 运动黏度 相对黏度 对黏度 动力黏度 常以水的动力黏度作为基准。 温度对流体黏度的影响： 黏度 不同流型内的速度分布： 管壁u=0，管中心u=umax 层流： 质点的高频脉动与混合扩散使速度分布趋向均匀！ 管壁u=0，管中心u=umax n的取值 湍流： 1/7次方定律 不规则碰撞产生的附加阻力 湍流黏度，与流体流动状况有关的系数 流动阻力 层流： 对于牛顿流体： 湍流： 湍流流动阻力=粘性摩擦力+湍流应力 总结：层流和湍流的特点 平行运动，无碰撞和混合 运动方式 速度分布 流动阻力 杂乱运动，碰撞混合，有旋涡，非稳态 层 流： 湍 流： 抛物线 截头抛物线 粘性摩擦力+湍流应力 粘性摩擦力 边界层 壁面附近速度梯度较大的流体层 速度为99％来流速度的流体层,定为边界层的外边界,外边界至壁面的距离,即为边界层的厚度，约为0.1～10mm。 产生倒流和旋涡，消耗大量机械能。 边界层分离现象 倒流 P’ 分离