化工原理-第一章3-4.ppt

日常生活中的管道故事洗澡的感觉有时很不爽做饭时间煤气总显不足过程的对比*本节内容提要主要是研究和学习流体流动的宏观规律及不同形式的能量的如何转化等问题，其中包括：（1）质量守恒定律——连续性方程式（2）能量守恒定律——柏努利方程式推导思路、适用条件、物理意义、工程应用。*本节学习要求学会运用两个方程解决流体流动的有关计算问题应用时应注意：工程应用（1）测风量（2）虹吸（3）马利奥特容器求水面在a－a面以上时的放水速度例1.关于能头转化假设流体是理想的，液面高度一直保持不变，2点处直的细管内液柱高度如图所示。2、3处为等径管。试定性画出其余各细管内的液柱高度。牛顿第二定律可写成：工程应用取一节作分析（2）压力射流机械能衡算：柏努利方程Bernoulli方程如何计算流体阻力？直管内流动时，Re2000层流Re:2000?4000过渡区Re4000湍流时均速度和脉动速度湍流粘度定量：不同位置的流速？流体在管道中发生的事情……进口端与速度分布的形成30～50d边界层分离现象流体流过管束数学描述方法：a.取控制体（微分控制体或积分控制体）b.作力（热量、质量）衡算c.结合本过程的特征方程（如）解方程d.将结果整理成所需要的形式取控制体作力衡算流动阻力是这样产生的……层流和湍流的区别：无微团作径向运动层流和湍流的本质区别：思考题什么是层流，什么是湍流，两种流型各有何特性?试述雷诺数Re的物理意义，及其对流动状态的影响。有人说，稳定流动就是流体在流动中，各物理参数不随时间、地点而变，这种说法对不对?如不对，应如何更正?描述流体在水平圆管内的流动类型以及速度分布的情形。流体在管路中为什么有流动阻力和能量损失？阻力是管壁对流体的力阻力大小决定于管壁处的速度梯度中心区域湍动增加了边沿的速度梯度能量消耗原因和能量转化有微团作径向运动层流层从中心到管壁层流内层附壁层流湍流传热、传质慢传热、传质快是否存在速度、压强的脉动性层流湍流1.4流体流动的内部结构内容：?流体流动产生能量损失的原因?流体在管内流动的状态及影响因素雷诺实验1.4.1流体的型态人们发现两种规律：表明存在两种流动类型雷诺实验（1883年）雷诺实验装置1-小瓶；2-细管；3-水箱；4-水平玻璃管；5-阀门；6-溢流装置图（a）层流图（b）湍流雷诺数层流或滞流laminarflow湍流或紊流turbulentflow两种流动型态判断依据：流型判据：流型只有两种：层流和湍流雷诺数的物理意义质量流速单位时间通过单位截面积的动量。单位面积上流体黏性力的大小Re越大，流体湍动程度越大。200040002000~4000流体的稳定性和平衡层流：平衡态、稳定过渡流：平衡态、不稳定湍流：不稳定、不能平衡的状态多普勒激光测速仪测得的雷诺数为6500时圆管中轴向速度一维湍流可以视作平均流动上叠加轴向和横向的速度脉动，因此，湍流有脉动频率和平均振幅这两个特征量。1.4.2湍流的基本特征湍流的另一种图象，是在平均流动上叠加大大小小以不同速度旋转的旋涡，这种旋涡有旋转速度和旋涡大小尺寸之分，由此引出湍流时的湍流强度和湍流尺寸两个特征值。湍流的强度和尺度湍流：主体流动＋各种大小、强弱的漩涡1.4.3边界层及边界层理论1904年，普兰特凭他丰富的经验和物理直觉，提出了著名的边界层理论。他在海德贝尔格的数学年会上宣读了“具有很小摩擦的流体运动”，证明了绕固体的流动可以分为两个区域，一是物体附近很薄的一层(边界层)，其中摩擦起着主要的作用；二是该层以外的其余区域，这里摩擦可以忽略不计。边界层理论的重大意义在于，在人们还不可能求解完整的N-S方程以前，解决了阻力问题，使人类的飞行至少提前了半个世纪。所以，普兰特不愧是近代流体力学的奠基人。边界层（1）边界层理论的主要内容：1)紧贴壁面非常薄的一层，该薄层内速度梯度很大，这一薄层称边界层。即流速降为主体流速的99％以内的区域。（2）边界层的形成和发展实验表明，在平板