第一章 流体流动演示文稿 制药单元操作技术（教学课件）_精品.ppt

33 第四节 流体阻力 二、流体流动的类型 1．雷诺实验 2．流动类型及其判定 （1）流体的两种流动类型 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；即分层流动。 湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。 34 （2）流动类型的判定 流动类型判定依据——雷诺准数 雷诺准数物理意义：反映了影响流体流动类型的主要因素，标志着流体流动的湍动程度 Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。 【例题1-18】 3．当量直径图1-17 环形截面 如果管路的截面不是圆形，Re计算式中的d应用当量直径d当代替。按下式计算： 对于边长为a和b的长方形管路，则 35 对于套管环隙的当量直径，若外管的内径为，内管的外径为，则： 三、圆管内流体的速度分布 由于流体流动时，流体质点之间和流体与管壁之间都有摩擦阻力。因此，靠近管壁附近处的流层流速较小，附在管壁上的流层流速为零，离管壁越远流速越大，在管中心线上流速最大。 1．层流时的速度分布 图1-17 环形截面 36 2．湍流时的速度分布 3．流体边界层： 在湍流时无论流体主体湍动的程度如何剧烈，在靠近管壁处总粘附着一层作层流流动的流体薄层。 其厚度虽然很小，但对流体传热、传质等方面影响很大。层流边界层的厚度与Re有关，Re值越大，厚度越小；反之越大。 课堂练习：1-21 小结：流动类型及其判定。 37 四、流体阻力的计算 直管阻力：流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。（或称沿程阻力） 局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门或突然扩大与缩小等局部障碍所引起的阻力。 流体阻力可以用以下几种表示方法： 损失能量 损失压头 损失压力降 1．直管阻力的计算 式中： —流体在圆形直管中流动时的损失能量，J/kg； —管长，m； —管内径，m； —动能， J/kg； —摩擦系数，无单位。 38 摩擦系数与管内流体流动时的雷诺数Re有关，也与管道内壁的粗糙程度有关。 （1）层流时的摩擦系数 流体作层流流动时，摩擦系数只与雷诺数Re有关，而与管壁的粗糙程度无关。 （2）湍流时的摩擦系数 当流体呈湍流时，摩擦系数与雷诺数Re及管壁粗糙程度都有关。通常是通过实验，将与Re的函数关系标绘在双对数坐标系中，如图1-19所示。 过渡流时，管内流动随外界条件的影响而出现不同的类型。工程计算中一般按湍流处理，将相应湍流时的曲线延伸查取 值。 （3）非圆形管的直管阻力 当流体流经非圆形管道时，计算式及Re中的值，均应以当量直径代替。 39 【例题1-19】 2．局部阻力的计算 局部阻力的计算，通常采用两种方法：当量长度法和阻力系数法。 （1）当量长度法 将某一局部阻力折合成相当于同直径一定长度直管所产生的阻力，此折合的直管长度称为当量长度，用符号 表示。即 值由实验测定，列于表1-2，图1-20。 例如，标准弯头的值为15，如这种弯头配置在φ108×4mm的管路上，则它的当量直径＝15×(108-2×4)＝1500mm＝1.5 m。 40 式中为局部阻力系数，简称阻力系数。其值由实验测定，列于表1-3。 式中 为局部阻力系数，简称阻力系数。其值由实验测定，列于表1-3。 3．管路总阻力的计算 　　管路系统的总阻力包括了所取两截面间的全部直管阻力和所有局部阻力之和