流体流动基本规律.pptVIP

1.3 流体流动的基本方程 2、20℃的空气在直径为800mm的水平管流过，现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示，文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉径处接一细管，其下部插入水槽中。空气流入文丘里管的能量损失可忽略不计，当U管压差计读数R=25mm，h=0.5m时，试求此时空气的流量为多少m3/h? 当地大气压强为101.33×103Pa。 1.3 流体流动的基本方程 解：取测压处及喉颈分别为截面1-1’和截面2-2’以管道中心线作基准水平面 由于两截面无外功加入，We=0。能量损失可忽略不计Σhf=0 1.3 流体流动的基本方程 式中： Z1=Z2=0 截面1-1’处压强 ： 截面2-2’处压强为 ： 1.3 流体流动的基本方程 由连续性方程有： * 1.3 流体流动的基本方程 1.3.1 流量与流速 流量----单位时间流体流经管道任一截面的流体量。 若用体积来计量，则为体积流量Vs （m3/s ） 若用质量来衡量，则为质量流量ws (kg/s) ws与Vs的关系： ws = Vs ρ 流速----单位时间内流体在流动方向所流过的距离， u表示 u= Vs /A = ws /ρA (m/s) ws = u Aρ 1.3 流体流动的基本方程 *此时的流速是平均流速，而不是某一点的流速 ！ 管中心：r =0，ur=umax 管壁处：r =R，ur=0 1.3 流体流动的基本方程 质量流速G----流体单位时间内流过管道单位 截面积的质量， ㎏/(m2·s) 气体的密度随温度和压强变化的，但其质量流量不变，∴采用质量流速G表示比较方便。 G= ws/A=Vs ρ/A=ρu ∴质量流速与流速u的关系： G =ρu 一般管道截面都是圆形,若以d表示管子内径,则: 1.3 流体流动的基本方程 生产实际中，管道直径应如何确定？ 管径是通过流速、流量计算决定的。流量是由工艺条件决定的，流速是通过工程计算查表得到的。 例：某水池的进水量为4.2×104kg/h,试选择适当规格的进水管. 解：ws =4.2×104kg/h=4.2×104÷3600（ kg/s） Vs = ws /ρ=4.2×104÷3600÷1000=0.0117(m3/s) 查表: 水及常用粘度小的流体，流速可取1.5~1 m/s， 此处u可取1.5m/s, 1.3 流体流动的基本方程 查表选择：外径=108 mm，壁厚=4 mm的管子 d=108-4×2=100 mm 将内径d=100 mm代入上式得到实际流速u=1.49 m/s。 1.3 流体流动的基本方程 1.3.2 稳定流动与非稳定流动 steady flow and unsteady flow 1.3 流体流动的基本方程 1.3 流体流动的基本方程 流动系统 定态流动 非定态流动 流动系统中流体的流速、压强、 密度等有关物理量仅随位置而改 变，而不随时间而改变 上述物理量不仅随位置而且随时间 变化的流动。 1.3 流体流动的基本方程 1.3.3 流体稳定流动时的物料衡算 ----连续性方程 对于一个异径管道 1.3 流体流动的基本方程 由质量守衡，流经截面1、 2的质量流量相等。 ws1= ws2 ws1=Vs1?ρ1= ρ1 ?ｕ1?A1 ws2=Vs2?ρ2= ρ2 ?ｕ2?A2 对于不可压缩的流体，ρ1=ρ2=ρ=常数 ∴ Vs =ｕ1?A1=ｕ2?A2=…=ｕ?A =常数 如果是圆管，则A=πd2 /4 则：ｕ1?d12= ｕ2?d22或ｕ1/ｕ2= d22/ d12 1.3 流体流动的基本方程 选取截面时，应与流动方向垂直 w1 = w2+w3 ∴u1?A1=u2?A2+u3?A3 对于圆管则：u1?d12= u2?d22+u3?d32 1.3 流体流动的基本方程 1.3.4 流动系统中的能量衡算 ----柏努利方程 1、流动体系的总能量衡算 1.3 流体流动的基本方程 1）流体本身具有的能量 ①内能U----物质内部能量的总和 （分子平动、转动、振动的能量）。 单位质量流体的内能以U表示，单位: J/kg。 ②位能：流体受重力作用，在不同高度具有的不同能量。 mgZ (J) 单位质量流体的位能为gZ。 (J/kg) ③