第一章流體流動(dòng)3

1、2022-4-21巨化培訓(xùn)中心1化化 工工 原原 理理主講人主講人: : 姜美英姜美英2022-4-21巨化培訓(xùn)中心2 第三節(jié)第三節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力221211221122fppzuHzuHgggg 1、阻力的表示法：、阻力的表示法：(1) :單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).fh(2) :單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).fH(3) :單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失(J/m3=Pa).fp一、一、流體阻力的來源流體阻力的來源pgppguuzzHf212221212)(2022-4

2、-21巨化培訓(xùn)中心3注意：注意：壓力損失壓力損失 是流體流動(dòng)能量損失的一種表是流體流動(dòng)能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差示形式，與兩截面間的壓力差 意義不同，意義不同，只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時(shí)，二只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時(shí)，二者才相等者才相等 。fp)(21ppp2022-4-21巨化培訓(xùn)中心42、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第一步：關(guān)閉閥門第一步：關(guān)閉閥門現(xiàn)象：現(xiàn)象：h=h1=h21 2 ghp根據(jù)：根據(jù)：h1=h2 P1=P2根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(結(jié)論一：靜止流

3、體沒有阻力結(jié)論一：靜止流體沒有阻力=02022-4-21巨化培訓(xùn)中心52、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第二步：打開閥門第二步：打開閥門現(xiàn)象：現(xiàn)象：hh1h21 2 ghp根據(jù)：根據(jù)：h1h2 P1P2根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(結(jié)論二：只要流動(dòng)就有阻力結(jié)論二：只要流動(dòng)就有阻力02022-4-21巨化培訓(xùn)中心62、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第三步：開大閥門，流速增大第三步：開大閥門，流速增大1 2 現(xiàn)象：現(xiàn)象：h1-h2 根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppHf21結(jié)

4、論三：流速越大，阻力越大結(jié)論三：流速越大，阻力越大 流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。 說明說明 P1-P22022-4-21巨化培訓(xùn)中心73、 流體阻力的來源流體阻力的來源 液體對(duì)固體壁液體對(duì)固體壁面有附著力面有附著力液體之間有吸液體之間有吸引力引力液 體 分液 體 分層運(yùn)動(dòng)層運(yùn)動(dòng)層 與 層 之層 與 層 之間 的 作 用間 的 作 用力 稱 內(nèi) 摩力 稱 內(nèi) 摩擦力擦力1）內(nèi)摩擦力：）內(nèi)摩擦力：2）產(chǎn)生阻力的原因？）產(chǎn)生阻力的原因？1、內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生阻力的根本

5、原因。也稱第一位原因（內(nèi)因）、內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生阻力的根本原因。也稱第一位原因（內(nèi)因）2、流動(dòng)狀態(tài)是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的第二位原因。、流動(dòng)狀態(tài)是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的第二位原因。3、管路情況對(duì)阻力大小也有影響、管路情況對(duì)阻力大小也有影響.(外因外因)2022-4-21巨化培訓(xùn)中心8二、流體的粘度二、流體的粘度 （動(dòng)力粘度）（動(dòng)力粘度） 1.1.粘性：流體具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱粘性粘性：流體具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱粘性. . 2 2、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符號(hào)、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符號(hào) 表示。表示。 越大，表明流體的流動(dòng)性越差，在相同的流動(dòng)越大，表明流體的流動(dòng)性越差，在相同的流動(dòng)情況下，流動(dòng)阻力越大情

6、況下，流動(dòng)阻力越大3. 3. 粘度的單位粘度的單位SISI制：制：PaPas s 或或 kg/(mkg/(ms)s)物理制：物理制：CP(CP(厘泊）厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系1cP1cP1010-3-3 Pa Pas s2022-4-21巨化培訓(xùn)中心94.4.運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 粘度粘度與密度與密度之比。之比。 m2/s5、影響粘度的因素：溫度和壓強(qiáng)、影響粘度的因素：溫度和壓強(qiáng)(極小極小,一般可忽略一般可忽略)液體液體 :)(Tf T 氣體氣體 : 一般一般)(Tf T 超高壓超高壓),(Tpf p 2022-4-21巨化培訓(xùn)中心10三、流體流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)三、流體流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù) 1、流體、

7、流體 的流動(dòng)類型（兩種）的流動(dòng)類型（兩種）雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)2022-4-21巨化培訓(xùn)中心11A圖：流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直圖：流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明，水的線。表明，水的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)作直線運(yùn)動(dòng)，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。B圖：當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有圖：當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有色細(xì)流便出現(xiàn)波動(dòng)而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波色細(xì)流便出現(xiàn)波動(dòng)而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波動(dòng)；動(dòng)； C圖：速度再增，細(xì)線的波動(dòng)加劇，整個(gè)玻璃管中的水圖

8、：速度再增，細(xì)線的波動(dòng)加劇，整個(gè)玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動(dòng)狀況已發(fā)生了呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動(dòng)狀況已發(fā)生了顯著地變化。顯著地變化。 2022-4-21巨化培訓(xùn)中心12 層流（或滯流）：層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流（或紊流）湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互

9、相碰撞和混合質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。影響流型的因素：影響流型的因素：管徑（管徑（d) m流速（流速（u) m/s密度密度粘度粘度3/)(mkgspa.)(越大越勢(shì)于湍流越大越勢(shì)于湍流越小越勢(shì)于湍流越小越勢(shì)于湍流 udRe 2022-4-21巨化培訓(xùn)中心132、雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) 單位為單位為1的數(shù)群稱準(zhǔn)數(shù)的數(shù)群稱準(zhǔn)數(shù) 這數(shù)群稱為這數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)用用ReRe表示。表示。 udRe 3、流型判據(jù)：、流型判據(jù)：Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 R

10、e 4000 時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2022-4-21巨化培訓(xùn)中心14Re的的物理意義物理意義 Re反映了流體流動(dòng)中的湍動(dòng)程度。反映了流體流動(dòng)中的湍動(dòng)程度。ReRe值越大，湍動(dòng)程值越大，湍動(dòng)程度越大，流動(dòng)阻力越大度越大，流動(dòng)阻力越大 4 4、湍流時(shí)的速度分布、湍流時(shí)的速度分布 湍流時(shí)湍流時(shí)u=0.8umax 滯流時(shí)滯流時(shí)u=0.5umax2022-4-21巨化培訓(xùn)中心155、層流內(nèi)層、層流內(nèi)層湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層：湍流主體、湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層：湍流主體、 過渡層過渡層 、層流內(nèi)層、層流內(nèi)層緊

11、靠管壁處作層流緊靠管壁處作層流流動(dòng)的流體層流動(dòng)的流體層2022-4-21巨化培訓(xùn)中心16四四 流體流動(dòng)阻力的計(jì)算流體流動(dòng)阻力的計(jì)算直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而 產(chǎn)生的阻力；用產(chǎn)生的阻力；用h h直直表示表示局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速 大小及方向的改變而引起的阻力。用大小及方向的改變而引起的阻力。用h h局局表示表示 1 1、管路中阻力的分類（兩類）、管路中阻力的分類（兩類）2 2、阻力計(jì)算、阻力計(jì)算總阻力總阻力=直管阻力直管阻力+局部阻力局部阻力2022-4-21巨

12、化培訓(xùn)中心172 2、阻力計(jì)算、阻力計(jì)算2.2udlh直1）直管阻力）直管阻力J/kg式中：式中：l管長管長m d管徑管徑m u流速流速m/s 為阻力系數(shù)，為阻力系數(shù)， )(, deR 直 管 阻 力 通 式直 管 阻 力 通 式（范寧公式）（范寧公式） P34圖圖1-202022-4-21巨化培訓(xùn)中心18壓頭損失壓頭損失2f2l uHdg m壓力損失壓力損失22fudlp Pa2022-4-21巨化培訓(xùn)中心19滯流區(qū)滯流區(qū)光滑管光滑管過渡區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)完全湍流，完全湍流，粗糙管粗糙管2022-4-21巨化培訓(xùn)中心20上圖可以分成上圖可以分成4個(gè)不同區(qū)域。個(gè)不同區(qū)域。層流區(qū)：層流區(qū)： R

13、e 2000， =64/Re ，與，與 /d無關(guān)。無關(guān)。過渡區(qū)：過渡區(qū)：2000 Re 4000 與與Re 和和 /d有關(guān)。有關(guān)。湍流區(qū)：湍流區(qū)：Re 4000, 與與Re 和和 /d有關(guān)。有關(guān)。與與Re 和和 /d有關(guān)。有關(guān)。完全湍流區(qū)完全湍流區(qū)(阻力平方區(qū)阻力平方區(qū))： 與與Re 無關(guān)，無關(guān)， 僅與僅與 /d有關(guān)。有關(guān)。Re越大越大, 越越 小小2022-4-21巨化培訓(xùn)中心212)局部阻力局部阻力 （1 1）阻力系數(shù)法）阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。 2f2uh 或或 2f2uHg 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) J/kgJ/N=m2022-4-2

14、1巨化培訓(xùn)中心2221221f1(1)0 1u2AAuh 小小管管中中的的大大速速度度1. 突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大2022-4-21巨化培訓(xùn)中心232122f20.5(1)0 0.52AAuhu 小小管管中中的的大大速速度度2.突然縮小突然縮小2022-4-21巨化培訓(xùn)中心243. 管進(jìn)口及出口管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。 進(jìn)口進(jìn)口 = 0.5 進(jìn)口阻力系數(shù)進(jìn)口阻力系數(shù)出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外 空間。空間。 出口出口 = 1 出口阻力系數(shù)出口阻力系數(shù)4 . 管件與閥門管件與閥門2022-4-21巨化培訓(xùn)中

15、心252022-4-21巨化培訓(xùn)中心262022-4-21巨化培訓(xùn)中心27蝶閥蝶閥2022-4-21巨化培訓(xùn)中心282022-4-21巨化培訓(xùn)中心292022-4-21巨化培訓(xùn)中心3022eeff22lluuhHddg或或（二）當(dāng)量長度法（二）當(dāng)量長度法 將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為徑相同、長度為le e的直管所產(chǎn)生的阻力的直管所產(chǎn)生的阻力 。le 管件或閥門的當(dāng)量長度，管件或閥門的當(dāng)量長度，m。2022-4-21巨化培訓(xùn)中心313、流體在管路中的總阻力流體在管路中的總阻力22ef()22ll uluhdd 減少流動(dòng)阻力的途徑：減少流動(dòng)阻力的途徑： 管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等；盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當(dāng)大些。管徑適當(dāng)大些。2022-4-21巨化培訓(xùn)中心32（三）阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響（三）阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響pApBpaF11 22 AB 閥門閥門F開度減小時(shí)：開度減小時(shí)：（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù)）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù) hf,A-B 流速流速u 即流量即流量； 2022-4-21巨化培訓(xùn)中心33（2）在）在1-A之間，由于之間，由于流速流速u hf,1-A