化工原理第一章流体流动.ppt

流型的判据：雷诺数Re定义：Re=duρ/μ无量纲的数群物理意义：惯性力/黏性力判据（对管流）：Re2000，必定出现层流，为层流区；2000Re4000，层流或湍流，依赖与环境，过渡区；Re4000，一般为湍流，为湍流区。严格讲上述判据是稳定性的判据，Re2000时，干扰出现流动偏离层流，干扰消失，又恢复为层流。层流是稳定的。定态性指运动参数与时间的关系；稳定性指系统对外界干扰的反应。1.4.2湍流的基本特征湍流的基本特征——流体质点在总体上作轴向运动的同时，还作径向的随机脉动。瞬时流速ux时均速度脉动速度实际的湍流流动是在时均流动上叠加一个随机脉动。uxtT湍流的另一种描述——把湍流看作一个主体流动上叠加各种不同尺度、强弱不等的漩涡。湍流强度：其数值与旋涡的旋转速度和包含的机械能有关。无障碍的湍流场，湍流强度为0.5%~2%；有障碍的湍流场，湍流强度为5%~10%。两点脉动速度的相关系数：R＝0～1湍流尺度：Re增大，湍流尺度减小；因此要打碎液滴，需高Re。湍流黏度：湍流时牛顿型流体不再符合牛顿黏性定律，需对方程进行修正。式中的μ’称为湍流黏度。它反映了速度脉动对动量传递的影响。它不是流体的物性。边界层及边界层脱体边界层：由于壁面的作用，近壁面处存在速度梯度。通常定义——流速降为未受边壁影响流速（来流）的99％以内的区域未边界层。边界层内有速度梯度，需考虑黏度的影响；边界层外速度梯度可以忽略，无需考虑黏度影响。边界层中的流型也有层流与湍流之分。判据仍为雷诺数对于管流，在入口一段距离后，边界层在管中心汇合。汇合时为层流，以后仍为层流；汇合时为湍流，以后仍为湍流。入口端距离约为管径的40倍。层流内层——即使在高度湍流（大Re），近壁面处仍有一簿层保持着层流。U0U0U0xc层流区过渡区湍流区层流内层平板上的边界层边界层分类造成大量旋涡，大大增加机械能消耗。逆压强梯度容易造成边界层分离；流道扩大必造成逆压强梯度；边界层分离现象1.4.4圆管内流体运动的数学描述化工工程问题的一般处理方法：过程分析：寻找过程特征数学描述：建立平衡方程与过程的特征方程联立求解：解析求解，实验求解结果分析：分析求解结果对工程的指导意义l2rRαp2p1Fg流体的力平衡和剪应力分布该式对层流与湍流都适用。Rrτ层流时的速度分布湍流的速度分布1.5阻力损失1.5.1两种阻力损失化工管理主要由直管和管件组成，相应地称：直管阻力损失（沿程阻力损失）和局部阻力损失。由均匀直管机的械能衡算式可知阻力损失表现为势能的降低，水平管道是压强的降低。层流时直管阻力损失层流的势能损失可由（1－68）求出：写出阻力损失为：又称泊谡叶方程01020304hf=f(d,L,u,μ,ρ,ε)1）析因实验——寻找影响因素hf/u2=L/d?φ(duρ/μ、ε/d)3）数据处理——求取公式参数量纲分析法（无因次数群间的关系）hf/u2=f(duρ/μ、L/d、ε/d)好处改变Re只要改变u，改变L/d只要改变L。2）规划实验——减少实验次数湍流的情况复杂，没有理论推导式；但可以由实验得到经验式。实验研究的步骤：1.5.2湍流时直管阻力损失1.5.3直管阻力损失的统一表达式层流时：湍流时：把λ＝64/Re代入就是泊谡叶方程，上述两个公式绘成图为图1－32。可见：Re2000,阻力损失与流速一次方正比；Re相当大，阻力损失与流速二次方正比。Reλε/d阻力一次方区阻力平方区粗糙度对λ的影响层流时，粗糙度无影响；湍流时当层流内存很薄，使粗糙表面的凸出物突入湍流核心，形成额外的阻力。实物管的当量粗糙度用人工粗糙管（用大小相同的沙拉粘在管壁上，凸出高度一致）对应实物管（凸出高度不同），实验测定反求实物管的λ。当量直径若非圆形管，可用当量直径进行计算。de＝4χ管道截面积/润湿周边套管的环隙的当量直径＝外管的内径－内管