[专业课]化工原理.ppt

1. 突然扩大 2.突然缩小 3. 管进口及出口 进口：流体自容器进入管内。 ζ进口 = 0.5 进口阻力系数 出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 ζ出口 = 1 出口阻力系数 4 . 管件与阀门 蝶阀 湍流流动时： 湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化； 过渡层：分子粘度与湍流粘度相当； 层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。 ——层流内层为传递过程的主要阻力 Re越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。 2. 边界层的分离 A B S? S点下游的流体在逆压作用下将倒流回来，它们在来流的冲击下，就在点S附近形成明显的旋涡，这旋涡象楔子一样将边界层与物面分离开来，就是边界层分离 。 A D S 压力逐渐减小 压力逐渐增大 边界层 当流到点S时，速度减为零。 2. 边界层的分离 流线型 边界层分离会增大能量消耗，在流体输送中应设法避免或减轻，但它对混合及传热、传质又有促进作用，故有时也要加以利用。 若将圆柱体改为流线形，使边界层不发生分离，阻力损失会大大减小。 A →C：流道截面积逐渐减小，流速逐渐增加，压力逐渐减小（顺压梯度）； C → S：流道截面积逐渐增加，流速逐渐减小，压力逐渐增加（逆压梯度）； S点：物体表面的流体质点在逆压梯度和粘性剪应力的作用下，速度降为0。 SS’以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡流，出现边界层分离。 边界层分离的后果： 产生大量旋涡； 造成较大的能量损失。 边界层分离的必要条件： 流体具有粘性； 流动过程中存在逆压梯度。 1.4 流体流动阻力 1.4.1 直管阻力 1.4.2 局部阻力 1.4 流体流动阻力 直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力； 局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速 大小及方向的改变而引起的阻力。 1.4.1 直管阻力 一、阻力的表现形式 流体在水平等径直管中作定态流动。 若管道为倾斜管，则 流体的流动阻力表现为静压能的减少； 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 二、直管阻力的通式 由于压力差而产生的推动力： 流体的摩擦力： 令 定态流动时 ——直管阻力通式（范宁Fanning公式） 其它形式： ——摩擦系数（摩擦因数） 则 J/kg 压头损失 m 压力损失 Pa 该公式层流与湍流均适用； 注意 与 的区别。 三、层流时的摩擦系数 速度分布方程 又 ——哈根-泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程 能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 。 变形： 比较得 正方形 C＝57 套管环隙 C＝96 四、湍流时的摩擦系数 1. 因次分析法 目的：（1）减少实验工作量； （2）结果具有普遍性，便于推广。 基础：因次一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等， 而且每一项都应具有相同的因次。 基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝（n－m）个独立的无因次数群表示。 湍流时压力损失的影响因素： （1）流体性质：?，? （2）流动的几何尺寸：d，l，?（管壁粗糙度） （3）流动条件：u 物理变量 n＝ 7 基本因次 m＝3 无因次数群 N＝n－m＝4 无因次化处理 式中： ——欧拉（Euler）准数 即该过程可用4个无因次数群表示。 ——相对粗糙度 ——管道的几何尺寸 ——雷诺数 根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 或 水力光滑管 思考：由图可见，Re?，??，这与 阻力损失随Re增大而增大是否矛 盾？ 如何使用摩迪图？ （1）层流区（Re≤ 2000） λ与 无关，与Re为直线关系，即 ,即 与u的一次方成正比。 （2）过渡区（2000Re4000) 将湍流时的曲线延伸查取λ值 。 （3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域） （4）完全湍流区 （虚线以上的区域） λ与Re无关，只与 有关 。 该区又称为阻力平方区。 一定时， 经验公式 ： （1）柏拉修斯（Blasius）式： 适用光滑管 Re＝5×103～105 （2）考莱布鲁克（Colebrook）式 2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等； 粗糙管：钢管、铸铁管等。