化工原理第一章 流体流动精要.ppt

第一章 流体流动 二、掌握的内容 流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取； 压强的定义、表示法及单位换算； 流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用； 流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算； 流动阻力产生的原因，流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算； 简单管路的设计计算及输送能力的核算； 管路中流体的压力、流速及流量的测量：液柱压差计、测速管（毕托管）、孔板流量计、转子流量计的工作原理、基本结构及计算； 因次分析法的原理、依据、结果及应用。 3、了解的内容 牛顿型流体与非牛顿型流体； 层流内层与边界层，边界层的分离。 1.1 流体的重要性质 1.1.1连续介质假定 1.2 流体的物理性质 1.3 流体静力学方程及其应用 本节重点：静力学基本方程式及其应用。 难点：U形压差计的测量。 1.3.1流体的受力 1.3.3 流体静力学基本方程 静止流体内部任一点的压力称为该点流体的静压力，其特点为： （1）在静止流体中，空间各点的静压强的数值不同，但作用于某一点不同方向上的压强在数值上是相等的； （2）若通过该点指定一作用平面，则压力的方向垂直于此面； （3）在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等，但随位置高低而变。 欧拉方程推论： 由方程知p不是x，y（水平方向）的函数，仅与垂直坐标z有关。因此，当流体不可压缩（ρ=常数）时，欧拉方程积分可得： 通常液体视为ρ为常数，在静止液体内部的不同高度处任取两平面z1和z2，设两平面的压力分别为p1和p2。 2、方程的讨论 1）液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的，即： 1.3.4 流体静力学方程的应用 （4）双液体 U 形管压差计（Two-liquid manometer） 倒置 U 型管压差计（Up-side down manometer） 1.4 流体流动的守恒原理 基本概念——牛顿黏性定律 流体的黏度（粘度） 1)物理意义 4) 混合物的粘度 对常压气体混合物： 理想流体与黏性流体 黏性流体（实际流体）：具有粘性的流体； 理想流体：完全没有黏性（μ=0）的流体。（是假设存在的） 1.4.3 机械能守恒——伯努利方程 （4）压强能 　　流体自低压向高压对抗压力流动时，流体由此获得的能量称为压强能。 　　单位质量流体所具有的压强能 　v —流体的比容（比体积）， 流动系统的机械能衡算式——柏努利方程 1）流动系统的机械能衡算式 1.5 流体流动的内部结构 动量传递小结 由于流体具有黏性，故运动流体内存在剪切应力。 从分子运动论的观点，该剪切应力是流体分子在流体层之间做随机运动从而进行动量交换所产生的内摩擦的宏观表现，且消耗流体的机械能。在湍流情况下，除了分子随机运动要消耗能量外，流体质点的高频脉动与宏观混合更要产生比前者大的湍流应力，消耗更多的流体机械能。这两者就是摩擦阻力产生的主要根源。 另一方面，当产生边界层分离时，由于逆压作用的结果，流体将发生倒流形成尾涡，流体质点因强烈碰撞与混合而消耗能量。 把由于局部产生倒流和尾涡以及压力分布不均所造成的能量损失称为形体阻力, 摩擦阻力与形体阻力之和又称为局部阻力。 （二）直管阻力通式 以下以水平圆形直管为例推导压力降▲pf与 管壁处剪应力的关系： 实例：分支管路的计算 补充：阻力对管内流动的影响 （2）孔板流量计的安装和阻力损失 ① 孔板流量计安装时，在上游和下游必须分别有（15～40）d和5d的直管距离。 ② 孔板流量计的缺点是阻力损失大。这一阻力损失是由于流体与孔板的摩擦阻力，尤其是缩脉后流道突然扩大形成大量旋涡造成的。Δpf,0可写成 由1→ 2，u↑, p↓ 由2→ 3， u↓, p↑ 流体通过孔板后，流速可回到原来的值，即流经孔板前后流速不变，但静压却没有恢复到孔板前（截面1处）的数值，流体在流经孔板克服流动阻力和孔板的局部阻力所产生的压降无法复原，这部分压降称为永久压力降。 u 0 1 1 0 2 2 3 3 缩脉 R 孔板流量计 孔板流量计正是利用流体通过孔板时流股截面变化引起动能与静压能的转化，由测量静压能的变化来确定流量。那么静压能变化如何测量？主要有两种方法。 角接法：测压口在孔板两侧，尽可能接近孔板，通常在法兰上。 径接法：两测压口分别在孔板上游1倍管径处和下游0.5倍管径处。 忽略流体从截面1-1流动至孔口0-0