化工——第二章1.ppt

第二章 流体流动与输送 漳州师范学院化学与环境科学系 主讲：张婷 简介 §1 流体静力学 流体静力学：研究流体在静止状态下平衡的规律。 1-1 密度和相对密度 密度：单位体积流体所具有的质量，用ρ表示，单位是kɡ·m-3。 相对密度：物质密度与4℃时纯水密度之比，用d表示。硫酸的相对密度d=1.84，即硫酸的密度为1840kɡ·m-3。 1-2 压强 压力：流体作用于容器壁上的力 压强：流体垂直作用于单位面积上的力，即：P=F/A 压强SI单位：N·m-2，即Pa（帕斯卡） 其他单位： atm, kgf·㎝-2，bar, 流体柱高度(mH2O, mmHg)，换算关系如下： 压强的表达方式 1-3 流体静力学方程 （一）流体静力学基本方程推导： 1、重力：F = A· (Z1- Z2)ρg 方向向下 2、作用在上表面的压力：F1 = P1·A 方向向下 3、作用在下表面的压力：F2 = P2·A 方向向上 F+ F1+ F2 = 0 P2 = P1 +(Z1- Z2)ρg 或 p1/ρ+Z1g=p2/ρ+Z2g 若将液体柱向上移至液面，而液面上方压强为p0，液体柱高度差Z1- Z2 =h，h下表面距液面的深度，则可将上式改写为： P2= P0 +hρg (二)静力学基本方程的物理意义 例：本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 pA=pA pB=pB （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解： （1）判断题给两关系式是否成立 pA=pA的关系成立。因A与A两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A称为等压面。 pB=pB的关系不能成立。因B及B两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，pA=pA，而pA=pA都可以用流体静力学基本方程式计算，即 pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2 pA=pa+ρ2gh 于是 pa+ρ1gh1+ρ2gh2=pa+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h=1.16m 1-4 流体静力学方程应用举例 §2 流体流动 2-1 流体的流量和流速 流量 流速 管径与流速的关系 一般化工管道为圆形，则： 2-2 定常态流动与非定常态流动 流体在管道或设备中流动时，若在任一截面上流体的流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，但不随时间而改变，称为定(常)态流动；反之，若流体在各截面上的有关物理量中，只要有一项随时间而变化，则称为非定(常)态流动。 2-3 流动型态 2-4 牛顿粘性定律 2-5 流动边界层 讨论边界层的意义 2-7 流速分布 湍流时管内流速分布特点： 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，而不做垂直于管轴的径向脉动，质点之间互不混合的流动形态。 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的流动形态。 流体的流动形态 “过渡流”不是一种流型，只是介于层流和湍流之间的一种过渡状态！ 流动型态的判据----雷诺数Re 将影响流体流动形态的d、 u、ρ和μ归纳为一个量纲为1的复合数群，作为判断流动形态的标准，称为雷诺数（Re）。 流体的流动类型用雷诺数Re判断： Re的量纲： 将一个物理导出量用若干个基本量的乘方之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲式，简称量纲。 它是在选定了单位制之后，由基本物理量单位表达的式子。 在 SI 单位制中，七个基本物理量长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、 发光强度的量纲符号分别是L、M、T、I、Θ、N和J。按照国家标准（GB3101-93），物理量Q的量纲记为dimQ，国际物理学界沿用的习惯记为[Q]。 量纲 dimQ= LαMβTγIδΘεNζJη 如： 流体在直管中流动时： 2）当 Re≥4000时，流形一般为湍流，此区为湍流区； 3）当2000＜Re≤4000时，流体的流动则认为处于不确定状态，可以是层流，也可以是湍流，与外界干扰有关。 1）当Re≤2000，流形总为层流，此区为层流区； 注意： 流体的流动形态通过Re数来判断； 2）Re = duρ/μ中的d为特征尺寸。 对于圆形管道，d为其直径； 对于非圆形管道，则应用特征尺寸de： 如：边长为a的方形管道：de= 4(a2