化工原理第三節(jié)動(dòng)力學(xué)

1、化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 研究流體在什么條件下流動(dòng)。研究流體在什么條件下流動(dòng)。 理論應(yīng)用理論應(yīng)用:確定流量確定流量,輸送設(shè)備的有效功率輸送設(shè)備的有效功率,相對(duì)位置相對(duì)位置, 管路中的壓強(qiáng)。管路中的壓強(qiáng)。 流動(dòng)過(guò)程中流體物理量（流動(dòng)過(guò)程中流體物理量（u、P或或E）的變化規(guī)律。）的變化規(guī)律。任務(wù)任務(wù):連續(xù)性方程連續(xù)性方程:質(zhì)量衡算質(zhì)量衡算柏努利方程柏努利方程:能量衡算能量衡算1.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 （1） 體積流量體積流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積。 VSm3/s或或m3/h （

2、2） 質(zhì)量流量質(zhì)量流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。 WSkg/s或或kg/h。 ssVm 二者關(guān)系：二者關(guān)系：1、流量、流量一、流量與流速一、流量與流速包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 32、流速、流速（2 2） 質(zhì)量流速質(zhì)量流速 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。（1 1）流速）流速 （平均流速）（平均流速） 單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。 AVuskg/（m2

3、s）uAVAmGss流量與流速的關(guān)系流量與流速的關(guān)系： GAuAVmssm/s包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3常用流體適宜流速范圍：常用流體適宜流速范圍： 水及一般液體水及一般液體 13 m/s粘度較大的液體粘度較大的液體 0.51 m/s低壓氣體低壓氣體 815 m/s壓力較高的氣體壓力較高的氣體 1525 m/s 內(nèi)徑為內(nèi)徑為 27mm 的自來(lái)水管，其設(shè)計(jì)輸水能力為的自來(lái)水管，其設(shè)計(jì)輸水能力為 0.3m3/h3m3/h300m3/h30m3/h化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3uVds4對(duì)于圓形管

4、道：對(duì)于圓形管道：流量流量VSVS一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。流速選擇：流速選擇：3 3、管徑的估算、管徑的估算 uuu適宜適宜費(fèi)費(fèi)用用總費(fèi)用總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)操作費(fèi) d 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力 動(dòng)力消耗動(dòng)力消耗 操作費(fèi)操作費(fèi)均衡均衡考慮考慮包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 y v x v=0內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力或粘滯力dydvx -牛頓粘性定律單位面積上的內(nèi)摩擦力，2mN速度梯度動(dòng)力粘度簡(jiǎn)稱粘度二、粘性二、粘性牛頓粘性定律牛頓粘性定律運(yùn) 動(dòng) 著 的運(yùn) 動(dòng) 著 的流 體 內(nèi) 部流 體

5、內(nèi) 部相 鄰 兩 流相 鄰 兩 流體 層 間 的體 層 間 的作 用 力作 用 力 流 體 阻流 體 阻力 產(chǎn) 生 的力 產(chǎn) 生 的依據(jù)依據(jù)()化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3流體的粘度流體的粘度 物理意義：衡量流體粘性大小的一個(gè)物理量物理意義：衡量流體粘性大小的一個(gè)物理量促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。 粘度總是與速度梯度相聯(lián)系，粘度總是與速度梯度相聯(lián)系，只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái) 物理本質(zhì)物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。分子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。n0，流體無(wú)粘性，流體無(wú)粘性理想流體理想流體: 不可壓縮

6、的無(wú)粘性流體不可壓縮的無(wú)粘性流體化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 粘度的單位粘度的單位 /du dymsmmN)/(/22.mSNSPa. P（泊）（泊）或或 cP（厘泊）（厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系:1100010Pa scPP 2()dyn S cm化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3屬物性之一，屬物性之一， 獲取方法獲取方法由實(shí)驗(yàn)測(cè)定、由實(shí)驗(yàn)測(cè)定、查有關(guān)手冊(cè)或資料、查有關(guān)手冊(cè)或資料、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度m2/s牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體；粘性定律的流體；非牛頓型流體：不

7、符合牛頓粘性定律的流體。非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。 流體類型流體類型cm2/s斯斯化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3三、流體定常流動(dòng)過(guò)程的物料衡算三、流體定常流動(dòng)過(guò)程的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程 對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情況路中流體沒有增加和漏失的情況下：下： 222111AuAu推廣至任意截面推廣至任意截面 ?uAAuAuWs22211111 2 221 SSWW 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3常數(shù)uAAuAuVs2211不可壓縮性流體，不可壓縮性流體，.Const圓形管道圓形管道 ：2121221ddAAu

8、u 即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比管內(nèi)徑的平方成反比 。上式均為連續(xù)性方程上式均為連續(xù)性方程化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3四、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的能量守恒四、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的能量守恒柏努利方程柏努利方程 1 1、理想流體定常流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算、理想流體定常流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算p2,u2,2p1,u1,1221100z2z1（1 1）流體流動(dòng)具有的機(jī)械能形式）流體流動(dòng)具有的機(jī)械能形式化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3衡算范圍：衡算范圍：1-1、2-2截面以及管內(nèi)壁所圍成截面以及管內(nèi)壁所圍成 的空間的空間衡算基準(zhǔn)：衡算基

9、準(zhǔn)：1kg流體流體基準(zhǔn)面：基準(zhǔn)面：0-0水平面水平面a 位能：位能： 流體受重力作用在不同高度所具有的能量流體受重力作用在不同高度所具有的能量。質(zhì)量為質(zhì)量為m流體的位能流體的位能 )(JmgZ單位質(zhì)量流體的位能單位質(zhì)量流體的位能 )/(kgJgZ化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 流體以一定的流速流動(dòng)而具有的能量。流體以一定的流速流動(dòng)而具有的能量。 b 動(dòng)能動(dòng)能：質(zhì)量為質(zhì)量為m，流速為，流速為u的流體所具有的動(dòng)能的流體所具有的動(dòng)能 )(212Jmu單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能 )/(212kgJuc 壓強(qiáng)能（流動(dòng)功）壓強(qiáng)能（流動(dòng)功） 通過(guò)某截面的流體具有的用于通過(guò)

10、某截面的流體具有的用于克服壓力功的能量克服壓力功的能量化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3靜壓能靜壓能= = pVAVpAFl1kg1kg的流體所具有的靜壓能為的流體所具有的靜壓能為 pmpV(J/kg)lAV化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3理想流體流動(dòng)時(shí)：理想流體流動(dòng)時(shí)： 2222121122pugzpugz 0的流體的流體動(dòng)能動(dòng)能J/kg位能位能J/kg靜壓能靜壓能J/kg（2）理想流體的機(jī)械能衡算）理想流體的機(jī)械能衡算理想流體的柏努利方程式理想流體的柏努利方程式1121121vpugz1kg流體帶入流體帶入1-1截面的機(jī)械能總和為截面的機(jī)械能總和為2222221vpu

11、gz 1kg流體帶入流體帶入2-2截面的機(jī)械能總和為截面的機(jī)械能總和為p2,u2,2p1,u1,122110z2z1化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3流體入流體入流體出流體出z1z21122221122121 222fupupgzWgzh實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)：實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)：w-機(jī)械能衡算方程（柏努利方程）機(jī)械能衡算方程（柏努利方程）有效功有效功J/kg摩擦損失摩擦損失J/kg永遠(yuǎn)為正永遠(yuǎn)為正2 2、實(shí)際流體定常流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算、實(shí)際流體定常流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算外功外功(有效功有效功)：1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為We (J/kg)。摩擦損失：摩擦

12、損失：設(shè)設(shè)1kg流體損失的能量為流體損失的能量為Wf（J/kg）實(shí)際流體：按機(jī)械能守恒，實(shí)際流體：按機(jī)械能守恒，有：有：機(jī)械能的輸入機(jī)械能的輸入=機(jī)械能的輸出機(jī)械能的輸出+機(jī)械能損失機(jī)械能損失化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3任意兩截面間的機(jī)械能衡算式任意兩截面間的機(jī)械能衡算式為為均為擴(kuò)展了的柏努利方程均為擴(kuò)展了的柏努利方程J/kgfeWpugzWpugz222212112121b b 以單位重量流體為基準(zhǔn)以單位重量流體為基準(zhǔn) fehgpugzHgpugz222212112121mNJa a 以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn) c 以單位體積流體為基準(zhǔn)以單位體積流體為基準(zhǔn) fe

13、hpugzWpugz222212112121PamJ3化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 33. 3. 柏努利方程的討論柏努利方程的討論 （1 1）若流體處于靜止，）若流體處于靜止，u=0u=0，WWf f=0=0，W We e=0=0，則柏，則柏努利方程變?yōu)榕匠套優(yōu)?說(shuō)明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表說(shuō)明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。2211pgzpgz（2）理想流體在流動(dòng)過(guò)程中任意截面上總機(jī)械能、）理想流體在流動(dòng)過(guò)程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，即總壓頭為常數(shù)，即.212Constpuzg.212Constgpugz化

14、工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 We、Wf 在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得或消耗的能量。或消耗的能量。（3）zg、 、 某某截面上單位質(zhì)量流體所截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能具有的位能、動(dòng)能和靜壓能 ；p221u有效功率有效功率 ：eseWmN 軸功率軸功率 ：eNN 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（4）柏努利方程式柏努利方程式適用于不可壓縮性流體。適用于不可壓縮性流體。 對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng)對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng) 時(shí)，仍可時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度用該方程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)以兩截面的平均應(yīng)以兩截面的平均密度密度m代替。代替

15、。%20121 ppp化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 34柏努利方程的應(yīng)用柏努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)流體的流量；管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率；輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力；管路中流體的壓力； 容器間的相對(duì)位置等。容器間的相對(duì)位置等。利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3b.兩截面間流體連續(xù)，封閉（除進(jìn)、出口處除外）兩截面間流體連續(xù)，封閉（除進(jìn)、出口處除外）注意注意:（1） 運(yùn)用柏努利方程解題步驟運(yùn)用柏努利方程解題步驟: 作圖作圖:根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)示根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)示意圖，標(biāo)明流動(dòng)方向確定衡

16、算范圍意圖，標(biāo)明流動(dòng)方向確定衡算范圍 選擇流體進(jìn)、出系統(tǒng)的截面選擇流體進(jìn)、出系統(tǒng)的截面a.截面須與流體流動(dòng)方向垂直截面須與流體流動(dòng)方向垂直c.所求未知量應(yīng)在截面上或在兩截面之間所求未知量應(yīng)在截面上或在兩截面之間,且截面上的且截面上的P,u,Z等有關(guān)物理量等有關(guān)物理量,除所求取的未知量外除所求取的未知量外,都應(yīng)該是已知或可通都應(yīng)該是已知或可通過(guò)其他關(guān)系計(jì)算出過(guò)其他關(guān)系計(jì)算出.d.兩截面上兩截面上P,u,Z的與兩截面間的的與兩截面間的hf都應(yīng)相互對(duì)應(yīng)一致都應(yīng)相互對(duì)應(yīng)一致化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 選取基準(zhǔn)水平面。選取基準(zhǔn)水平面。注意注意:1.水平面與地面平行水平面與地面平行2.盡

17、可能選已使問(wèn)題簡(jiǎn)化盡可能選已使問(wèn)題簡(jiǎn)化的水平面為計(jì)算基準(zhǔn)的水平面為計(jì)算基準(zhǔn)水平管水平管:選管中心線選管中心線地面地面容器液面容器液面 計(jì)量單位要求一致。推薦采用計(jì)量單位要求一致。推薦采用SI制，使結(jié)果簡(jiǎn)化。制，使結(jié)果簡(jiǎn)化。關(guān)于阻力討論的問(wèn)題關(guān)于阻力討論的問(wèn)題, ,后面詳述后面詳述化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3在在453mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管的管路上裝一文丘里管，文丘里管上游接一壓強(qiáng)表，其讀數(shù)為上游接一壓強(qiáng)表，其讀數(shù)為137.5kPa，管內(nèi)水的流速，管內(nèi)水的流速u1=1.3m/s，文丘里管的喉徑為，文丘里管的喉徑為10mm，文丘里管喉部，文丘里管喉部一內(nèi)徑為一內(nèi)徑為15

18、mm的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池內(nèi)水面到管中心線的垂直距離為內(nèi)水面到管中心線的垂直距離為3m，若將水視為理想，若將水視為理想流體，流體，試判斷池中水能否被吸入管中？試判斷池中水能否被吸入管中？化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3分析：判斷流向判斷流向比較總勢(shì)能比較總勢(shì)能求求P？柏努利方程柏努利方程 解：在管路上選在管路上選1-1和和2-2截截面，并取面，并取3-3截面為基準(zhǔn)水平面截面為基準(zhǔn)水平面設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)。在設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)。在1-1截面和截面和2-2截面間列柏努利截面間列柏努利方程：方程： 2222121122PugZPugZ化工

19、原理化工原理2 0 1 32 0 1 3式中： mZZ321smu/3 . 11smdduu/77.19)1039(3 . 1)(222112表壓）(105 .13751PaP22222112uuPP277.1923 . 11000105 .137223kgJ /08.57化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 32-2截面的總勢(shì)能為截面的總勢(shì)能為 22gZP381. 908.57kgJ /65.273-3截面的總勢(shì)能為截面的總勢(shì)能為 00gZP 3-3截面的總勢(shì)能大于截面的總勢(shì)能大于2-2截面的總勢(shì)能，水能被吸截面的總勢(shì)能，水能被吸入管路中。入管路中。 0化工原理化工原理2 0 1 32

20、0 1 3思考思考（1）若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí) 讀數(shù)R反映了什么？ （2）70頁(yè)頁(yè)gzzgRpp)()(12021p1p2z2RAAz1靜動(dòng)結(jié)合題化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3用泵將貯槽中密度為用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為101.33103Pa，蒸發(fā)器，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為26670Pa（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)液面料口高于貯槽內(nèi)液面15m，進(jìn)料量為，進(jìn)料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全，溶液流經(jīng)全部

21、管路的能量損失為部管路的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。管路直徑，求泵的有效功率。管路直徑為為60mm。 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3fehpugZWpugZ2222121122m/s97. 106. 0785. 036002022ufh解：取貯槽液面為解：取貯槽液面為11截面，管路出口內(nèi)側(cè)為截面，管路出口內(nèi)側(cè)為 22截面，并以截面，并以11截面為基準(zhǔn)水平面，截面為基準(zhǔn)水平面， 在兩截面間列柏努利方程。在兩截面間列柏努利方程。 式中式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表壓）（表壓） p2=26670Pa（表壓）（表壓） u1=0 =120J/kg化工原理化工原理2

22、 0 1 32 0 1 3J/kg9 .246120026670120297. 181. 9152eWkg/s67. 63600120020ssVw將上述各項(xiàng)數(shù)值代入，則將上述各項(xiàng)數(shù)值代入，則 泵的有效功率泵的有效功率Ne為：為： Ne=Wews式中式中 Ne=246.96.67=1647W=1.65kW化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3eNN kW54. 265. 065. 1N實(shí)際上泵所作的功并不是全部有效的，故要考慮實(shí)際上泵所作的功并不是全部有效的，故要考慮泵的效率泵的效率，實(shí)際上泵所消耗的功率（稱軸功率），實(shí)際上泵所消耗的功率（稱軸功率） N為為 設(shè)本題泵的效率為設(shè)本題泵的效

23、率為0.65，則泵的軸功率為：，則泵的軸功率為： 解解在 1-1 面和 2-2 面間211122221 222fupgzWupgzh2222.687 9.811082.262ppW22285/36002.68/40.106 4Vqum sd10642114 d已知管道尺寸為已知管道尺寸為 114 4mm，流量為流量為85m3/h，水在管路中，水在管路中流動(dòng)時(shí)的總摩擦損失為流動(dòng)時(shí)的總摩擦損失為10J/kg（不包括出口阻力損失），（不包括出口阻力損失），噴頭處壓力較塔內(nèi)壓力高噴頭處壓力較塔內(nèi)壓力高20kPa，水從塔中流入下水道的摩擦損失水從塔中流入下水道的摩擦損失可忽略不計(jì)?？珊雎圆挥?jì)。求泵的有效

24、軸功率。求泵的有效軸功率。氣體氣體氣體氣體1m1m5m0.2m1 14 43 3廢水池廢水池洗洗滌滌塔塔泵泵2 21000 85 90.49 360021372.14emVPq Wq WWkW 3321020 ppkgJ /23. 8 3-3 面與4-4 面間433gzpgz kgJp/77.1181. 92 . 13 泵泵的的有有效效軸軸功功率率為為：mq W282.26pWkgJ/49.90 氣體氣體氣體氣體1m1m5m1 14 43 3廢水池廢水池洗洗滌滌塔塔泵泵2 20.2m化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 1 1 1m 2 4 大大氣氣 2 2 2 4 1m 3 3喉徑流

25、向判斷流向判斷 喉徑內(nèi)徑與水管內(nèi)徑喉徑內(nèi)徑與水管內(nèi)徑之比為之比為0.8。若。若忽略水在忽略水在管中流動(dòng)時(shí)的能量損失管中流動(dòng)時(shí)的能量損失，試判斷垂直小管中水的試判斷垂直小管中水的流向。流向?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 33Et2tE )(22221表表pugz 2241ugz smu/43. 4181. 924 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m /skgJp/13.14292. 6181. 9(22) 表表kgJ /32. 4 )(81. 9)(222222表表表表ppuzg 0)(23233 表表pugz解：解：假設(shè)垂直小管中流體靜止假設(shè)

26、垂直小管中流體靜止1-1和和4-4間間1-1和和2-2間間化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 1 1 1m 2 4 大大 氣氣 2 2 2 4 1m 3 3小管中的水自下而上流動(dòng)。小管中的水自下而上流動(dòng)。22(14.131.449.81pzmg 表） Et2 Et3化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3思考題：思考題：某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為如附圖所示。泵的入口管為1084mm的鋼管，的鋼管，管中的流速為管中的流速為1.2

27、m/s，出口管為，出口管為763mm的鋼管。的鋼管。貯液池中堿液的深度為貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為力為29.4kPa（表壓）。設(shè)泵的效率為（表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求，試求泵所需的功率。泵所需的功率。 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 320m1.5m化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3五、實(shí)際流體的基本流動(dòng)現(xiàn)象五、實(shí)際流體的基本流動(dòng)現(xiàn)象 1 1、流體的流

28、動(dòng)類型、流體的流動(dòng)類型（1）雷諾實(shí)驗(yàn)）雷諾實(shí)驗(yàn)()化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖溢流溢流恒液面貯水槽恒液面貯水槽高位貯液槽高位貯液槽調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥門門針形細(xì)管針形細(xì)管化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不難看出不難看出b b狀態(tài)是狀態(tài)是a,ca,c狀態(tài)的過(guò)渡階段狀態(tài)的過(guò)渡階段玻璃管內(nèi)染色線的變化情況玻璃管內(nèi)染色線的變化情況化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn), ,可以發(fā)現(xiàn)液體在流動(dòng)中可以發(fā)現(xiàn)液體在流動(dòng)中存在兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同的流態(tài)：層流存在兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同的流態(tài)：層流和湍流。和湍流。

29、 層流和湍流的特點(diǎn)？層流和湍流的特點(diǎn)？化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（2）兩種流動(dòng)類型）兩種流動(dòng)類型 層流（層流（Laminar Flow） 湍流（湍流（Turbulent Flow）()化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3層流層流（Laminar Flow） 當(dāng)流速較小時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)當(dāng)流速較小時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)( (微團(tuán)微團(tuán)) )沿管軸線方向作沿管軸線方向作直線運(yùn)動(dòng)，與周圍流體間無(wú)宏觀的混合。這種型直線運(yùn)動(dòng)，與周圍流體間無(wú)宏觀的混合。這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。態(tài)的流動(dòng)叫層流?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3湍流（湍流（Turbulent Flow） 當(dāng)流速較大時(shí)，流體內(nèi)

30、部充滿大小不一的，在不當(dāng)流速較大時(shí)，流體內(nèi)部充滿大小不一的，在不斷運(yùn)動(dòng)變化著的漩渦，各流層質(zhì)點(diǎn)形成渦體互相斷運(yùn)動(dòng)變化著的漩渦，各流層質(zhì)點(diǎn)形成渦體互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做湍流。混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做湍流?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3過(guò)渡流（過(guò)渡流（Transitional flow） 是層流與湍流之間的過(guò)渡階段是層流與湍流之間的過(guò)渡階段 即可能是層流即可能是層流, ,也可能是湍流也可能是湍流 與外界條件有關(guān)。與外界條件有關(guān)?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3 在雷諾實(shí)驗(yàn)中，改變的只有流速這一物理量，流體的流動(dòng)狀態(tài)還與哪些物理量有關(guān)？如何判斷流體的流動(dòng)類型？如何判斷

31、流體的流動(dòng)類型？化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（3）雷諾準(zhǔn)數(shù)）雷諾準(zhǔn)數(shù) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響流體流動(dòng)類型的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響流體流動(dòng)類型的( (四個(gè)四個(gè)) )因素有：因素有：流體的流速流體的流速:u管內(nèi)徑管內(nèi)徑: d 流體的密度流體的密度: 流體的粘度流體的粘度:化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3雷諾將這四個(gè)物理量組成一個(gè)數(shù)群：雷諾將這四個(gè)物理量組成一個(gè)數(shù)群：duRe雷諾準(zhǔn)數(shù)：雷諾準(zhǔn)數(shù)：雷諾數(shù)的量綱雷諾數(shù)的量綱 ：duRe 23/././msNmkgsmm000skgm可見，可見，Re是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)群是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)群(或稱無(wú)因次數(shù)或稱無(wú)因次數(shù))。化工原理化工原理2 0 1 32

32、0 1 3通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圓管內(nèi)的流動(dòng)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圓管內(nèi)的流動(dòng)：2000Re 40002000Re 4000Re 流動(dòng)總是層流流動(dòng)總是層流流動(dòng)一般為湍流流動(dòng)一般為湍流流動(dòng)為過(guò)渡流流動(dòng)為過(guò)渡流,即可能即可能是層流是層流,也可能是湍流也可能是湍流所以，所以，Re是流體流動(dòng)類型的判別準(zhǔn)則是流體流動(dòng)類型的判別準(zhǔn)則化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 流體在管道截面上的速度分布規(guī)律因流型而異流體在管道截面上的速度分布規(guī)律因流型而異（1 1）層流時(shí)的速度分布）層流時(shí)的速度分布 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，滯流時(shí)的速度沿管徑理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，滯流時(shí)的速度沿管徑按按拋物線拋物線的規(guī)律分布，如圖所示。的規(guī)律分布，如圖所示。截面上各點(diǎn)速截面上各點(diǎn)速度的平均值等于管中心處最大速度度的平均值等于管中心處最大速度umax的的0.5倍倍。2、圓管內(nèi)的速度分布、圓管內(nèi)的速度分布()化工原理化工原理2