第三讲牛顿粘性定律与雷诺实验及管路阻力计算详解.ppt

第三讲 牛顿粘性定律与雷诺实验;气液吸收过程;流体在流动过程产生阻力损失的根源是什么？;1.4 流体的粘性和牛顿粘性定律 （1）牛顿粘性定律;牛顿粘性定律：; 粘度只有在运动时才显现出来，总是与速度梯度相联系，促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 （2)粘度与温度、压强的关系 （a） 液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。 （b）气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加的很少。; 在物理单位制中， ;②　（动力）粘度单位 SI单位制 ： Pa· s ( N · s /m2) 物理单位制 ： P(泊), 达因·秒/厘米2 cP(厘泊) 换算关系：1 Pa·s=10P =1000cP=1000 mPa·s=106μPa·s;(5) 混合物的粘度 按一定混合规则进行加和 对于分子不聚合的混合液可用下式计算;（6）流体类型;Ⅰ 假塑性流体：表观粘度随速???梯度的增大而减小。 几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。 Ⅱ 胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大。 淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。 Ⅲ 粘塑性流体：当应力低于τ0 时，不流动；当应力高于τ0时，流动与牛顿型流体一样。 τ0 称为屈服应力。 如纸浆、牙膏、污水泥浆等。 Ⅳ 触变性流体：表观粘度随时间的延长而减小，如油漆等。 Ⅴ 粘弹性流体：既有粘性，又有弹性。当从大容器口挤出时，　挤出物会自动胀大。 如塑料和纤维生产中都存在这种现象。;0;1.4.2 流体流动的类型---层流及湍流;（2）雷诺实验现象;湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动； 特征：流体质点的脉动 。 ;2、雷诺数Re;流体在圆形直管内流动时： ;当流体在圆形直管内流动时， 几种流型可能同时存时，例如：当湍流时，靠近管内壁面流体由于粘性作用，速度很小，处理层流状态，管中心的流速最大，处理湍流状态。;Date;层流和湍流的牛顿粘性定律;Date;Date;Date;Date;Date;边界层概念和边界分离效应自学;管路阻力计算;Date;Date;FIC;管路阻力损失分为直管阻力损失和局部阻力损失 ; 直管阻力损失发生于流体内部，紧贴管壁的流体与管壁之间并没有相对滑动。 局部阻力损失是由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量旋涡消耗了机械能。 ;1.5.1 直管阻力损失;1.5.1 直管阻力; 在管轴心处取一半径为r，长度为L的流体柱进行分析，作用于流体柱端面压强分别为P1和P2。;层流;1.5.2 层流时直管阻力;1.5.2 层流时直管阻力;1.5.3 湍流时直管阻力损失的计算;　　因次分析法基础：方程式两边不仅数值相等，而且其量纲也必须相等，称为因次一致性。任何物理方程都可转化成无因次形式。 　　基本定理是π定理：影响该现象的物理参数为n个，这些物理参数的基本量纲数为m个，则该物理现象可用n-m个无因次数群的关系式来表示，无因次数群也称为准数。 举例分析：湍流时直管阻力损失的计算;上式写成幂函数：;因次分析法;代入幂函数;1、光滑管;2、粗糙管;Date;Date;1.5.5 流体在非圆形直管内的流动阻力;1.5.6 管路上的局部阻力;1.5.6 管路上的局部阻力;1.5.6 管路上的局部阻力;名称;管件与的当量长度共线图 ;（一）突然扩大或突然缩小;（一）突然扩大;（三）管路出口和进口 ① 进口 流体自容器进入管内，相当于由较大的截面A2进入较小A1截面，即A1/A2趋近于0，此时，ζ=0.5 ----即为进口阻力系数。 ② 出口 流体自管子进入容器或从管子排放到管外大空间，可看作是很小的截面A1突然扩大到很大的截面A2，即A1 / A2趋近于0。此时， ζ=1 ------出口阻力系数 。;　　例　溶剂由敞口的高位槽流入精馏塔，进液处塔中的表压为0.02MPa，输送管道为φ38×3无缝钢管，直管长8m，管路中装有标准弯头两个，180°回弯头一个，球形阀（全开）一个，为使液体能以3m3/h流量流入塔中，问高位槽高度Z为多少米，操作条件溶剂密度：861kg/m3,粘度：0.643mPa.s。; 例：用泵把20℃的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300 l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管