化工原理 第三节动力学.ppt

1、流体的流动类型 雷诺实验装置示意图 实验现象 通过雷诺实验,可以发现液体在流动中存在两种内部结构完全不同的流态：层流和湍流。 （2）两种流动类型 层流（Laminar Flow） 湍流（Turbulent Flow） 层流（Laminar Flow） 当流速较小时，流体质点(微团)沿管轴线方向作直线运动，与周围流体间无宏观的混合。这种型态的流动叫层流。 湍流（Turbulent Flow） 当流速较大时，流体内部充满大小不一的，在不断运动变化着的漩涡，各流层质点形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做湍流。 过渡流（Transitional flow） 是层流与湍流之间的过渡阶段 即可能是层流,也可能是湍流 与外界条件有关。 （3）雷诺准数 雷诺将这四个物理量组成一个数群： 通过实验发现，对于圆管内的流动： 2、圆管内的速度分布 流体在管道截面上的速度分布规律因流型而异　 （1）层流时的速度分布 理论分析和实验都已证明，滞流时的速度沿管径按抛物线的规律分布，如图所示。截面上各点速度的平均值等于管中心处最大速度umax的0.5倍。 (2)湍流时的速度分布 湍流时流体质点的运动情况比较复杂，目前还不能完全采用理论方法得出湍流时的速度分布规律。经实验测定，湍流时圆管内的速度分布曲线如图所示。速度分布比较均匀，速度分布曲线不再是严格的抛物线。 3、流动边界层的基本概念 将上述各项数值代入，则 泵的有效功率Ne为： Ne=We·ws 式中 Ne=246.9×6.67=1647W=1.65kW 实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑 泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率） N为 设本题泵的效率为0.65，则泵的轴功率为： 轴功的计算 已知管道尺寸为?114?4mm， 流量为85m3/h，水在管路中 流动时的总摩擦损失为 10J/kg（不包括出口阻力损失）， 喷头处压力较塔内压力高20kPa， 水从塔中流入下水道的摩擦损失 可忽略不计。 求泵的有效轴功率。 气体 气体 1m 1m 5m 0.2m 1 1 4 4 3 3 废水池 洗涤塔 泵 2 2 气体 气体 1m 1m 5m 1 1 4 4 3 3 废水池 洗涤塔 泵 2 2 0.2m 流向判断 喉径内径与水管内径之比为0.8。若忽略水在管中流动时的能量损失，试判断垂直小管中水的流向。 解：假设垂直小管中流体静止 1-1和4-4间 1-1和2-2间 小管中的水自下而上流动。 ? Et2?Et3 思考：小管多长时，水静 止不动？ 小管中的水自上而下流动 思考：若将垂直小管改为弯头小管，弯头迎着来流方向，如图所示，试判断此时弯头小管中水的流向。 ? Et2?Et3 思考题：某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液（密度为1100kg/m3）输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附图所示。泵的入口管为φ108×4mm的钢管，管中的流速为1.2m/s，出口管为φ76×3mm的钢管。贮液池中碱液的深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg（不包括喷嘴），在喷嘴入口处的压力为29.4kPa（表压）。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率。 20m 1.5m 五、实际流体的基本流动现象 （1）雷诺实验 (动画4) 溢流 恒液面贮水槽 高位贮液槽 调节阀门 针形细管 不难看出b状态是a,c状态的过渡阶段 玻璃管内染色线的变化情况 层流和湍流的特点？ (动画5) 在雷诺实验中，改变的只有流速这一物理量，流体的流动状态还与哪些物理量有关？ 如何判断流体的流动类型？ 实验发现，影响流体流动类型的(四个)因素有： 流体的流速:u 管内径: d 流体的密度:ρ 流体的粘度:μ 雷诺准数： 雷诺数的量纲 ： 可见，Re是一个无量纲数群(或称无因次数)。 流动总是层流 流动一般为湍流 流动为过渡流,即可能是层流,也可能是湍流 所以，Re是流体流动类型的判别准则 (动画6) 管中心流速为最大，即r＝0时， ＝umax 管截面上的平均速度 : 即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。 即流体在圆形直管内层流流动时,其速度呈抛物线分布。 包头钢铁职业技术学院化工原理