绪论及流体流动.ppt

1.计算中应先确定所采用的单位制； 进入系统的量I＝离开系统的量E＋系统自身生成,累积(或损失)量A 注意: 化工原理中的能量衡算经常可简化为热量衡算，依据是能量守恒定律。 连续稳定过程热量衡算的基本关系式 ΣQI=ΣQo+QL Σ(wH) i=Σ(wH)o+QL Q I 、QO、 QL ——单位时间内随物料进入系统、离开系统、散失的总热量，kJ或kW 质量传递:伴随流体流动引起的质量变化 第一章 流体流动 ② 揭示和研究流体流动的基本规律(柏努利方程和连续性方程) 第一节 流体静力学基本方程 混合液体: 混合理想气体: 二. 比重（相对密度）d——某流体密度与4℃水的密度之比 如常用： 1.0 atm（表） 360 mmHg（真） －0.07 Mpa（表） 2.0 atm （绝） (二)流体在圆管中湍流时的速度分布. 湍流时的速度分布 式中n 与Re 有关 当n=1/7时，推导可得流体的平均速度约为管中心最大速度的0.82 倍 a.通过实验测定 1/7次方定律 b.速度分布方程式 1.4.1 流体在直管内的流动阻力 一. 概述 1．流动阻力产生的原因 第四节 管内流动的阻力 c.流动阻力大小与流体本身物性（主要为?,?）,壁面形状及 流动状况等因素有关。 a.流体有粘性，流动时产生内摩擦——阻力产生根源 b.固体表面促使流动流体内部发生相对运动——阻力产生的条件 2．流动阻力分类 (J/kg) 3．直管中流体摩擦阻力损失的测定 由于： ——伯努利方程 流体摩擦阻力损失为： 对于水平等径直管： 注意： 1.对于同一根直管，不管是垂直或水平安装，所测摩擦阻力损失相同。 2.只有水平安装时，摩擦损失等于两截面上的静压能之差。 (一).层（滞）流时的摩擦阻力损失计算 二. 流体在直管中的流动阻力损失计算 Hagen-Poiseuille 哈根－泊稷叶方程 故摩擦阻力损失 将上式改写为： 令： 注意： 1. 上式为圆形直管阻力损失的计算通式,称为范宁公式. 2.λ不受管路铺设情况（水平、垂直、倾斜）所限制. 层流，湍流均适用 (二) 滞流时的摩擦阻力损失计算 1.管壁粗糙度的影响 1)按材料性质和加工情况，将管道分为两类，即 水力光滑管:? 如玻璃管，黄铜管，塑料管等 粗糙管:? 如钢管，铸铁管，水泥管等。 其粗糙度可用绝对粗糙度ε和相对粗糙度ε/d表示 2)粗糙度ε对λ(摩擦阻力损失)的影响 绝对粗糙度ε:壁面凸起部分的平均高度（m） 相对粗糙度ε/d:考虑ε对λ的影响程度与d 大小有关 概念: 壁面粗糙度对λ的影响便成为重要的因素。Re值愈大，滞流内层愈薄，这种影响愈显著。 ε对λ的影响程度与流型有关 滞流:λ=f(Re)， λ与管壁粗糙度无关 湍流: （滞流内层的厚度δb） 当δb＞ε时 λ=f(Re) 当δb＜ε时 λ=f(Re,ε/d) 2.湍流时的摩擦阻力系数（因次分析法） 1)问题的提出 问题:湍流时影响因素的复杂性,难以通过数学方程式直接求解. 优点:借助因次分析方法规则组织试验，以减少试验工作量， 并使试验结果整理成便于推广应用的经验关联式。 解决方法:须通过实验建立经验关联式——因次分析方法。 2)因次分析的基础――因次一致原则和Π定理 a.因次一致的原则:凡是根据基本物理规律导出的物理方程中各项 的因次必相同。 b.白金汉Π定理:任何因次一致的物理方程均可表达成一组无因次数群的零函数. 无因次数群的数目N等于影响该现象物理量数目n减去用以表示这些物理量的基本因次数目m，即： N＝n-m 3)实验研究的基本步骤 若过程比较复杂，仅知道影响某一过程的物理量，而不能列出该过程的微分方程，则常采用雷莱（Lord Rylegh）指数法，将影响该过程的因素组成为无因次数群。下面以湍流时流动阻力问题为例说明雷莱指数法的用法和步骤。 a.析因试验——寻找影响过程的主要因素? 对所研究的过程进行初步试验的综合分析，尽可能准确的列出主要影响因素。 流体性质：ρ，μ 如对湍流阻力所引起的压强降Δp的影响因素有： 流动条件：主要为流速u 设备几何尺寸：d，l， 以函数形式表示为 也可用幂函数来表示即 b.因次分析法规划实验——减少实验工作量 式中K,a,b,c等均为待定值，各物理量的因次为： 把各物理量的因次代入并整理得到 根据因次一致原则，两侧各基本量因次的指数应相等，即 对于因次M? d+e =1 对于因次T? – c – e= –2 对于因次L? a+b+c – 3d – e+f = – 1 将b，e，f 表示为a，c及d的函数，则可解得： 代入得： 于是： 把指数相同的物理量合并在一起,便得到