化工原理第一章-流体流动的基本概念与流体中的传递现象.ppt

【例1.3】 用复式U型压差计检测输水管路中孔板元件前后A、B两点的压差。倒置U型管段上方指示剂为空气，中间U型管段为水。水和空气的密度分别为? = 1000 kg/m3 和 ? 0 = 1.2 kg/m3。在某一流量下测得R1 = z1 - z2 = 0.32 m，R2 = z3 - z4 = 0.5m。试计 算A、B两点的压差。 忽略空气柱的重量，p1 ? p2 ，p3 ? p4 ，有 【例1.3】 习题2 思考题：1.9，1.10 书面作业：1.11，1.12 1.3 流体流动的基本概念 1.3.1 单相流与多相流 单相流体系：体系所含的物质只有一种相态。 体系内部不存在相界面及相间传递； 体系的各种性质在空间连续分布。 多相流体系：体系内含两种或两种以上相态的物质。 体系内存在相界面（气-液、气-固或液-固、液-液）； 界面上的传递速率对体系的性质具有重要影响。 1.3.2 稳态与非稳态 稳态流动：流动参数不随时间变化， ? =? (x,y,z) 。 非稳态流动：流动参数随时间而变化， ? =? (x,y,z,t)。 1.3.3流速与流量 流量：单位时间内流体通过流动截面的量。 体积流量：qV ，m3/s，m3/h 流速：单位时间内流体在流动方向上流经的距离，u，m/s。 质量流量：qm，kg/s，kg/h 1.3.3流速与流量 平均流速（主体平均流速）： 质量流速（质量通量）： 质量流量、体积流量、平均流速及质量通量的关系： 低流速时，流体质点分层沿轴线平行流动，各层质点互不掺混——层流； 高流速时，流体质点的运动轨迹极不规则，各层质点相互掺混——湍流。 1.3.4 流型与雷诺数 两种流型 雷诺实验 对园管内的流动： Re 2000 稳定的层流区 2000 Re 4000 由层流向湍流过渡区 Re 4000 湍流区 工程计算中，当Re 2000时即可作湍流处理。 1.3.4 流型与雷诺数 雷诺数 平板上的边界层 1.3.5 流动边界层及边界层分离 层流边界层 湍流边界层 层流内层 边界层界限 ux=0.99u0 u0 u0 u0 x y 层流边界层：边界层内的流动类型为层流。 湍流边界层：边界层内的流动类型为湍流。 层 流 内 层：湍流边界层中，近壁面处一薄层流体，其流动类型为层流。 流体流动受固体壁面影响的区域——边界层 过渡段 流动进口段Xc：边界层汇合以前的区域。沿程边界层逐渐增厚（发展），断面速度分布不断变化。 流动充分发展：边界层汇合以后的区域。边界层厚度不在增加，断面速度分布不再变化。 X c u0 d 圆管进口段的边界层 d d d 1.3.5 流动边界层及边界层分离 充分发展的管内流型取决于汇合点处边界层内的流型。 边界层分离与形体曳力 1.3.5 流动边界层及边界层分离 倒流 分离点 u0 D A C’ C B x p 1.3.5 流动边界层及边界层分离 边界层分离：边界层脱离壁面的现象。 形体阻力：边界层从物面分离出来在物体后面形成尾涡区，在尾涡区内由于流体质点间的激烈混合与碰撞而消耗机械能，使得尾流区物体表面的压强低于来流面的压强，这两部分的压强差造成作用于物体上的压差阻力，称为流体流动的形体阻力。 1.3.5 流动边界层及边界层分离 扩散现象：当物系处于非平衡状态，即物系内存在强度性质不均匀（空间梯度）时，则会发生物理量由高强度区向低强度区迁移，使物系向平衡方向转移。物理量朝平衡转移的过程称为传递过程或传递现象。 热量由高温区向低温区的转移——热量传递 物质由高浓度区向低浓度区的转移——质量传递 动量由高速度区向低速度区的转移——动量传递 1.4 流体中的扩散现象与扩散定律 1.4.1 扩散现象 流层之间分子的交换，使动量从高速层向低速层传递，其结果是产生阻碍流体相对运动的剪切力。 x y 0 ux(y) 1.4.2 动量扩散与牛顿粘性定律 1 2 u2 u1 x y ?yx可以解释为 x 方向的动量在 y 方向上的通量。该式表明动量通量与速度梯度成正比；负号表明动量通量的方向与速度梯度方向相反。 1.4.3 热量扩散与傅立叶热传导定律 T1 T2 y T T2 T1 qy— y方向上的热通量，J/m2s k — 导热系数，W/mK dT/dy —y方向上的温度梯度 上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比；负号表明导热方向与温度梯度方向相反，即热量由高温区传向低温区。 qy 两块温度均匀，分别保持为T1、T2的平板间，放置气态、液态或固态的静止介质，仅在y方向上存在温差而传热，则 1.4.4 质量扩散与费克导定律 A、B混合物且?A1?A2，因