化工原理流體流動(dòng)復(fù)習(xí)

1、思考題第一、二節(jié)思考題1. 流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)和固體機(jī)械運(yùn)動(dòng)有何差別？2. 描述物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般有幾種方法？?jī)烧咛卣魇鞘裁?？考察流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般用哪種考察方法？3. 連續(xù)性假定的要點(diǎn)是什么？為何要引入該假定？4. 流體運(yùn)動(dòng)和固體機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力有何差別？5. 氣體所受粘性力和液體所受粘性力在數(shù)量級(jí)上的關(guān)系如何？?jī)烧呤芡饨鐥l件的影響規(guī)律是否相同？6. 流體靜力學(xué)方程有幾種表達(dá)形式？每種表達(dá)形式各反映了靜止流體的何種規(guī)律?7. 虛擬壓強(qiáng)差和壓強(qiáng)差P是否一致？什么情況下兩者數(shù)值上必然相等？8. 工業(yè)上U型壓強(qiáng)計(jì)一般用來測(cè)量什么流體的壓強(qiáng)，U型壓差計(jì)一般使用在何處？第三節(jié)思考題1. 為簡(jiǎn)化工程計(jì)算，工程

2、上往往用某個(gè)物理量的平均值來代替該物理量在空間的分布。該平均值的平均方法是否任意的？該平均值是否能全面地替代其分布？2. 為什么不可壓縮流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，不會(huì)因?yàn)槟Σ磷枇Χ鴾p速？3. 定態(tài)流動(dòng)時(shí)，連續(xù)性方程反映了流體在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的那些規(guī)律？4. 伯努利方程的應(yīng)用條件是什么？使用伯努利方程解決管流問題時(shí)，截面的選取應(yīng)注意些什么？5. 伯努利方程的物理意義是什么？在工程上它給我們揭示了一個(gè)什么規(guī)律？6. 描述流體流動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律一般有幾個(gè)基本關(guān)系？7. 動(dòng)量定理和機(jī)械能衡算式的關(guān)系如何？8. 工業(yè)應(yīng)用時(shí)，能量方程和動(dòng)量方程哪個(gè)應(yīng)用多些？為什么？第四節(jié)思考題1. 流體流動(dòng)有幾種型態(tài)，其判據(jù)是什么？2

3、. 兩種流動(dòng)型態(tài)的本質(zhì)差別是什么？3. 層流內(nèi)層對(duì)什么有重要影響？4. 什么叫邊界層，邊界層脫體產(chǎn)生的原因是什么，對(duì)流動(dòng)的影響如何？第五節(jié)思考題1. 影響阻力損失的外部條件有哪些？2. 兩種流型的直管阻力與設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)的關(guān)系如何？是否一致？3. 局部阻力系數(shù)為何會(huì)出現(xiàn)負(fù)值？閥門阻力參數(shù)與開度的關(guān)系如何？4. 因次分析法的基本步驟是什么？其主要特點(diǎn)是什么？第六節(jié)思考題1. 在自流系統(tǒng)中，管路阻力損失的外觀表現(xiàn)是什么？2. 自流系統(tǒng)管路確定以后，流動(dòng)的總阻力損失受什么限制？3. 操作過程中，阻力的分配與流量、壓強(qiáng)的關(guān)系如何？4. 在分支管路或匯合管路中，為何局部阻力系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值？第七節(jié)思

4、考題1. 畢托管與孔板流量計(jì)各測(cè)得的是什么流速？2. 孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的阻力損失與流量的關(guān)系如何？3. 孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量各有什么特點(diǎn)？4. 為何測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)要作溫度、壓力修正？5. 各類測(cè)量?jī)x的安裝有何要求？緒論一化工生產(chǎn)過程 原料 反應(yīng)（T，P，X） 產(chǎn)品 前處理核心 后處理例如：合成氨生產(chǎn)N2+H2NH3條件：高溫、高壓、催化劑前、后處理過程大多數(shù)都是物理過程化工生產(chǎn)過程反應(yīng)+各單元過程的組合（搭積木）化工原理研究化工生產(chǎn)過程中各種單元操作的基本原理及規(guī)律，研究典型設(shè)備構(gòu)造及工藝尺寸計(jì)算的一門工程技術(shù)學(xué)科?；瘜W(xué)工程、化工過程及設(shè)備、單元操作二單元操作分類：操作目的

5、、相態(tài)、傳遞過程操作目的：l 物料的輸送、加壓、減壓l 物料的混合或分散l 物料加熱或冷卻l 非均相混合物的分離l 均相混合物的分離傳遞過程：u 動(dòng)量傳遞（流體流動(dòng)、攪拌、過濾、沉降、流態(tài)化）u 熱量傳遞（傳熱、蒸發(fā)、干燥）u 質(zhì)量傳遞（蒸餾、吸收、萃取、干燥）P2表1化工常用單元操作傳遞過程是了解各單元操作的一條主線三課程性質(zhì)及研究方法性質(zhì)：專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，工程技術(shù)學(xué)科。工程問題的復(fù)雜性：幾何尺寸，物料研究方法：u 實(shí)驗(yàn)研究法（經(jīng)驗(yàn)的方法）直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)取各變量間的關(guān)系建立實(shí)驗(yàn)的方法論：“由小見大”，“由此及彼”如：流體流動(dòng)、傳熱u 數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法）對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，通

6、過簡(jiǎn)化模型，建立方程，由實(shí)驗(yàn)求出一些修正系數(shù)。如：過濾研究工程問題方法論是了解各單元操作的另一條主線化工原理以單元操作為內(nèi)容，以傳遞過程和研究方法論為主線四課程需要解決的問題選擇設(shè)計(jì)操作開發(fā)u 合理地選擇單元操作u 設(shè)備設(shè)計(jì)正確u 優(yōu)化操作u 開發(fā)新的單元操作上冊(cè)： 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型下冊(cè)：非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)五單位制及因次系統(tǒng)1 單位制u 單位表示物理量的大小?；締挝?、導(dǎo)出單位。u 單位制基本單位和導(dǎo)出單位的總和u 物理量數(shù)值+單位我國(guó)以往常用的單位制 長(zhǎng)度 時(shí)間 質(zhì)量 力c.g.s cm(L) s(T) g(M) dyn M.K.S m s kg N 工程制 m (L) s(T) s2.kg(f

7、)/m kg(f)(F)SI制 m s kg N 英制2 因次系統(tǒng)u 因次表示物理量的性質(zhì)?；疽虼巍?dǎo)出因次如：長(zhǎng)度L1T0M0，速度L1T -1M0u 因次系統(tǒng)基本因次和導(dǎo)出因次的總和。采用同一基本因次的為同一因次系統(tǒng)如c.g.s,M.K.S,SI屬同一因次系統(tǒng)u 物理方程的因次一致性物理方程中各項(xiàng)具有相同的因次如：L s=1/2gt2L第一章 流體流動(dòng)第一節(jié) 概述 基礎(chǔ)理論：流體的宏觀規(guī)律；流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一連續(xù)性假定流體液體和氣體（特點(diǎn)：具流動(dòng)性，無固定形狀，其形狀隨容器而變化）流體是由無數(shù)分子組成的（微觀運(yùn)動(dòng)）考察對(duì)象：不是單個(gè)分子，而是流體質(zhì)點(diǎn)（宏觀微團(tuán)）流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的、質(zhì)點(diǎn)

8、間無間隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)，即，其物理性質(zhì)和參數(shù)在空間連續(xù)分布（宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)）連續(xù)性假定把流體可看成是連續(xù)介質(zhì)，用連續(xù)函數(shù)來處理流體流動(dòng)和平衡時(shí)的規(guī)律。（高度真空氣體例外）即：a.流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)，充滿整個(gè)空間；b.參數(shù)連續(xù)。流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)間可改變其相對(duì)位置，而固體運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)固體一起運(yùn)動(dòng)，這就是流體流動(dòng)與固體運(yùn)動(dòng)的區(qū)別。二流體流動(dòng)的考察方法1 拉格朗日法選定一流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤其運(yùn)動(dòng)，考察流體質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間變化的規(guī)律。（系統(tǒng)）2 歐拉法在固定的空間點(diǎn)上，考察流體通過每一空間點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。（控制體）如運(yùn)動(dòng)參數(shù)：u,p,-ux=fx (x,y,z,t)uy=fy (x,y,

9、z,t)uz=fz (x,y,z,t)通常，當(dāng)流體內(nèi)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都遵守同一規(guī)律時(shí)，采用拉格朗日法多數(shù)情況下，考察流體運(yùn)動(dòng)都采用歐拉法對(duì)定態(tài)流動(dòng)，采用歐拉法更為簡(jiǎn)單3 流線與軌線軌線流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡拉格朗日法考察的結(jié)果流線流線上各點(diǎn)的切線表示該點(diǎn)的速度方向采用歐拉法的考察結(jié)果軌線與流線是兩個(gè)不同的概念，只有在定態(tài)流動(dòng)時(shí)，流線和軌線才重合。由流線定義，可得如下推論：流線互不相交；流線不能穿越流管。（圖1-1）4 定態(tài)過程與非定態(tài)過程 定態(tài)過程過程參數(shù)僅隨空間變化，而與時(shí)間無關(guān)定態(tài)流動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)空間各點(diǎn)的狀態(tài)不隨時(shí)間變化非定態(tài)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)不僅隨空間位置變化，還與時(shí)間有關(guān)。ux=fx (x,y,z,t)u

10、y=fy (x,y,z,t)uz=fz (x,y,z,t)第二節(jié) 流體靜力學(xué)2-1流體靜壓強(qiáng)及其特性一流體靜壓強(qiáng)定義任意面上：p=F/AN/m2F垂直于界面靜止流體中，任意界面上，只受到大小相等，方向相反的壓力。在任意點(diǎn)上：p=limF/AA0在靜止流體的任意點(diǎn)上，都受到各個(gè)方向、數(shù)值相等的靜壓強(qiáng)（點(diǎn)性質(zhì)）。數(shù)學(xué)描述：p=f(x,y,z)二壓強(qiáng)的單位：N/m2= Pa（帕斯卡）atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），某流體柱高度，bar（巴），kg（f）/cm2(at)1bar=105Pa M Pa（兆帕）=106Pa1atm=1.033 kg（f）/cm2(at)=760mmHg=10.33mH2o=1.01

11、33×105 Pa=1.0133bar1at=1 kg（f）/cm2=735.6mmHg=10mH2o=9.81×104 Pa三壓強(qiáng)的基準(zhǔn)絕對(duì)壓以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)，是流體的真實(shí)壓強(qiáng)表壓、真空度以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽榛鶞?zhǔn)(表壓=絕對(duì)壓大氣壓, 真空度=大氣壓表壓)數(shù)值上：表壓= -真空度（見圖1-8）2-2流體靜力學(xué)基本方程式一力的分類力體積力（質(zhì)量力）正比于質(zhì)量；場(chǎng)力，重力場(chǎng)g，離心力場(chǎng)表面力壓力垂直于截面；壓強(qiáng)剪力（運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生）平行于截面；剪應(yīng)力二流體靜力學(xué)方程式推導(dǎo)取微元體，作力分析：（見圖1-6）中學(xué)：取一流體柱，受力分析：作用于上底面的壓力：P1= p1 A1作用于下底面

12、的壓力：P2= p2 A2作用于整個(gè)液柱的重力：W=A（z1z2）g平衡時(shí)：P2= P1+W,p2= p1+g（z1z2）p2= p1+g h流體靜力學(xué)基本方程式討論：1. 適用條件：靜止流體，重力場(chǎng)，不可壓縮流體2. 如上底面取在容器的液面上，其壓力為p0下底面取在容器的任意面上，其壓力為p則p =p0+g h當(dāng)p1有變化時(shí)，p2也發(fā)生同樣大小的變化。3 p還與 h有關(guān) php等壓面在靜止的、連續(xù)的、同一流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。流體靜力學(xué)方程式揭示了靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)分布規(guī)律。4 靜力學(xué)方程式：gZ+p/=Const單位：J/kggZ單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kgp/單位質(zhì)

13、量流體所具有的壓強(qiáng)能 單位：（N/m2）（m3/kg）=N m/ kg= J/kg位能、壓強(qiáng)能都是勢(shì)能流體靜力學(xué)方程式表示：在靜止流體中，總勢(shì)能保持不變。但位能和壓強(qiáng)能兩者之間可以相互轉(zhuǎn)化，兩者之和為常數(shù)。5 用符號(hào)P /單位質(zhì)量流體的總勢(shì)能J/kg定義：P /=gZ+p/P =p+gZ虛擬壓強(qiáng)：具p的因次，N/m2,（J/m3）公式（1）則為：P /=Const即：在靜止流體中，總勢(shì)能處處相等，只有同一高度，壓強(qiáng)相等。6 式（1a）也可改寫為：（p2 -p1 ）/g = h單位：m（J/N）說明壓強(qiáng)差可用流體柱的高度表示。必須注明何種液體，否則失去意義。應(yīng)用流體靜力學(xué)方程式計(jì)算時(shí)，高度、壓強(qiáng)

14、的基準(zhǔn)可以任取，但方程兩邊必須統(tǒng)一。方程中每一項(xiàng)的單位必須統(tǒng)一。2-3流體靜力學(xué)方程式的應(yīng)用一壓強(qiáng)的測(cè)量1 簡(jiǎn)單測(cè)壓管（圖1-9）pA=pa+g R適用于：1) 高于大氣壓的壓強(qiáng)的測(cè)定2) 只適用于液體，不適用于氣體3) 如pA過大，則R將很大；如pA過小，則R將很小，測(cè)量誤差增大。2 U型測(cè)壓管（圖1-10）U型管中放有某種液體指示液（與被測(cè)流體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且不互溶）p1=pA+g h1p2=pa+i g RpA pa=i g Rg h1如被測(cè)流體為氣體，即i，則pA pa=i g R3 U型壓差計(jì)（圖1-11）p1=pA+g h1p2=pB+g（h2-R）+i g R(pA+g h1

15、)(pB+g h2）= R g（i-）(pA+g z1 )(pB+g z2)= R g（i-）即PAPB= R g（i-）U型壓差計(jì)測(cè)出的R是：P如壓差計(jì)水平放置：P =p第三節(jié) 流體流動(dòng)中的守恒原理質(zhì)量守恒能量守恒（機(jī)械能）動(dòng)量守恒應(yīng)用流體流動(dòng)的基本原理及其流動(dòng)規(guī)律可解決：121. 確定管徑2. 估算輸送所需的能量3. 選用合適的計(jì)量裝置（壓強(qiáng)，流速，流量的測(cè)量）4. 強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)過程。管流為主3-1流體流動(dòng)的作用力一力的分類力體積力（質(zhì)量力）正比于質(zhì)量；場(chǎng)力，重力場(chǎng)g，離心力場(chǎng)表面力壓力垂直于截面；壓強(qiáng)剪力（運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生）平行于截面；剪應(yīng)力二牛頓粘性定律(圖1-2)剪力：=F/A= - du

16、/dy牛頓粘性定律粘度,N.s/m2(kg/s m)du/dy法向速度梯度，s-1牛頓粘性定律說明：（1） 流體剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與正壓力無關(guān)；（不同于固體表面的摩擦力）（2） 當(dāng)流體靜止時(shí)，du/dy=0, =0；（3） 相鄰流體層的流速，只能是連續(xù)變化的，緊靠靜止固體壁面處的流體流速為0。理想流體：=0(=0，不一定是理想流體)實(shí)際流體：0（圖1-4，1-5）3粘度粘度是流體的物性參數(shù)。其物理本質(zhì)是流體分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，是微團(tuán)之間動(dòng)量交換的結(jié)果。牛頓粘性定律本質(zhì)上是流體內(nèi)微團(tuán)間動(dòng)量傳遞速率方程。動(dòng)量交換（相互牽制）表觀上產(chǎn)生阻力影響因素：流體本身性質(zhì)，溫度有顯著影響。P9對(duì)液體

17、：溫度，粘度對(duì)氣體：溫度，粘度數(shù)量級(jí)：液100氣壓力對(duì)液體粘度的影響可忽略；對(duì)氣體，壓力，粘度。但壓力不太高時(shí)，變化可忽略。粘度值可從物性手冊(cè)上查得。注意：粘度的單位1(dyn/cm2)=1泊=100厘泊(cp)1cp=10-3N.s/m2常溫、常壓下：水：=1cp空氣：=0.01cpP.375，P.383共線圖工程計(jì)算中，常出現(xiàn)與的比值運(yùn)動(dòng)粘度=/m2/s服從牛頓粘性定律的流體牛頓型流體。3-2質(zhì)量守恒一流量、流速1 流量單位時(shí)間通過管截面的流體量流量質(zhì)量流量qW，kg/s體積流量qV，m3/sqW=qV·2 流速單位時(shí)間內(nèi)，流體在流動(dòng)方向上流過的距離，m/s（1） 點(diǎn)速度

18、9;圓管：粘性，速度分布（圖1-4）工程處理方法：平均值(2)平均速度平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法平均流速按照流量相等的原則，即qVqV，qW，G之間的關(guān)系qW×G×A×1/A×1/二連續(xù)性方程取控制體作物料衡算（歐拉法）：（圖1-13）進(jìn)-出=積累即：截面，u截面,u流體在均勻直管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，u沿程保持定值，并不因磨擦而減速（不同于固體運(yùn)動(dòng)）。作業(yè)：2，4，5，63-3機(jī)械能守恒流體流動(dòng)中的機(jī)械能位能、壓強(qiáng)能、動(dòng)能機(jī)械能壓強(qiáng)能流體自低壓對(duì)抗壓力流動(dòng)時(shí)獲得的能量。三種能量相互轉(zhuǎn)換。從牛頓第二定律出發(fā)，理想流體能量守恒，實(shí)際流體修正。一理

19、想流體的機(jī)械能守恒1沿軌線的機(jī)械能守恒理想流體：=0運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)量力和壓強(qiáng)力的作用取微元作力分析（圖1-6）1 沿流線的機(jī)械能守恒定態(tài)條件：流線與軌線重合，故伯努利方程對(duì)單根流線也適合。2 理想流體管流的機(jī)械能守恒均勻流段：同一截面上各點(diǎn)的總勢(shì)能 P /相等（無加速度）（圖1-14）理想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速u相等所以，伯努利方程對(duì)管流也適用二實(shí)際流體的機(jī)械能衡算1 與理想流體的差別0，u=f(r)流動(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能，機(jī)械能不再守恒均勻流段上，截面上各點(diǎn)的動(dòng)能u2/2不等工程上，用平均動(dòng)能代替之2 動(dòng)能因子平均的原則：截面上總動(dòng)能相等12三伯努利方程的應(yīng)用Note:1) 選取

20、截面應(yīng)垂直于流動(dòng)方向，均勻流段，未知量盡可能少，包含待求參數(shù)。（如容器液面u2/2=0）。2) 位能基準(zhǔn)面可選任一截面，或容器的液面、管中心3) 1（即等號(hào)左邊）為上游截面，2（即等號(hào)右邊）為下游截面。4) 單位一致（特別p）1 重力射流(圖1-16) 2 壓力射流（圖1-17）3 駐點(diǎn)壓強(qiáng)四伯努利方程的幾何意義1 伯努利方程的三種形式2 伯努利方程的幾何意義（圖1-18）理想流體管流流動(dòng)時(shí)，三頭之和為一常數(shù)。3-4動(dòng)量守恒mu動(dòng)量牛頓第二定律也可表示為：動(dòng)量定理：物體所受的合外力等于動(dòng)量隨時(shí)間的變化率。一管流中的動(dòng)量守恒（圖1-20）二動(dòng)量守恒定理應(yīng)用舉例該例說明，即使忽略了管壁的摩擦力，流

21、動(dòng)也受到了內(nèi)摩擦力的作用而使壓強(qiáng)能減少。即阻力損失不等于零。（流體與固體運(yùn)動(dòng)的差異）三動(dòng)量定理與能量衡算式的關(guān)系1 兩者都反映了流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律。流體流動(dòng)應(yīng)同時(shí)遵守這兩個(gè)規(guī)律。2 兩者在應(yīng)用時(shí)有不同要求：應(yīng)用能量方程時(shí)，必須清楚阻力損失hf項(xiàng)應(yīng)用動(dòng)量方程時(shí)，必須清楚合外力在研究流體與固體邊界的力的關(guān)系時(shí)，必須用動(dòng)量方程。第四節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一兩種流動(dòng)型態(tài)（流型）1. 雷諾實(shí)驗(yàn)（圖1-24）當(dāng)流量較小時(shí)，有色液呈線狀當(dāng)流量較大時(shí)，呈波紋狀當(dāng)流量很大時(shí)，呈斷續(xù)狀2. 兩種流型u 層流（滯流）流體質(zhì)點(diǎn)只作軸向的直線運(yùn)動(dòng)，沒有徑向運(yùn)動(dòng)，有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。u 湍流（紊流）流體質(zhì)點(diǎn)不僅作軸向運(yùn)動(dòng)，

22、還有隨機(jī)的徑向脈動(dòng)，不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。二流型的判據(jù)雷諾數(shù)流型=f(d, u,)Re雷諾數(shù)，無因次數(shù)群當(dāng)Re<2000,層流區(qū)當(dāng)Re>4000,湍流區(qū)2000<Re<4000,過渡區(qū)不穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定性概念：穩(wěn)定性抗外界干擾能力Re2000,是穩(wěn)定的層流。所以，雷諾數(shù)的物理含義：是流體流動(dòng)穩(wěn)定性的判據(jù)，是慣性力/粘性力(ma /A)。流體的流動(dòng)型態(tài)：層流和湍流三湍流1 湍流的基本特征流體質(zhì)點(diǎn)在總體上作軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還作徑向的隨機(jī)脈動(dòng)（圖1-25）2 時(shí)均化概念瞬時(shí)流速：湍流時(shí)的定態(tài)流動(dòng)，是指所有的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的時(shí)均值不隨時(shí)間而變化。(以后，其它參數(shù)均指它們的時(shí)均值。)注意：質(zhì)點(diǎn)的徑向

23、脈動(dòng)，增加了徑向傳遞過程的傳遞速度，強(qiáng)化了徑向傳遞過程。即強(qiáng)化了徑向的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞。3 湍流粘度4.湍流時(shí)的層流內(nèi)層和過渡層由Re=d u/及管內(nèi)的點(diǎn)速度分布可知：遠(yuǎn)離壁面：速度脈動(dòng)大，湍流粘度，很大(充分的湍動(dòng))分子粘度可忽略僅壁面處：u小，速度脈動(dòng)?。ǚ肿诱扯绕鹬饕饔茫┘幢诿嫣帲鲃?dòng)仍保持層流特征。（不管主體的湍流程度有多大）湍流流動(dòng)時(shí)，近壁面處仍保持著層流特征的這一薄層層流內(nèi)層在層流內(nèi)層與湍流主體間的流體層過渡層層流內(nèi)層（分子運(yùn)動(dòng)）是徑向傳遞過程的主要阻力。其厚度一般隨Re的增加而減薄。四圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1 化工工程問題的一般處理方法過程分析：尋找過程特征數(shù)學(xué)描述：建

24、立平衡方程與過程的特征方程（速率方程）聯(lián)立求解：解析求解，實(shí)驗(yàn)求解結(jié)果分析：分析求解結(jié)果對(duì)工程的指導(dǎo)意義2 圓管內(nèi)的受力分析（圖1-29）五圓管內(nèi)的點(diǎn)速度分布1. 層流時(shí)的速度分布2. 湍流時(shí)的速度分布3. 動(dòng)能校正因子六邊界層及邊界層脫體1. 邊界層邊界層流速受邊界影響（有速度梯度）的區(qū)域。規(guī)定：當(dāng)點(diǎn)速度未受邊界影響流速的99%以內(nèi)的區(qū)域圖1-26為平壁上的邊界層管流：（圖1-27）邊界層的形成L0L0為測(cè)量穩(wěn)定段，參數(shù)測(cè)量應(yīng)避開此段2. 邊界層分離（脫體）考察流體對(duì)一圓柱體的繞流（圖1-28）AB，邊界層的形成同平板BC，流道擴(kuò)大，流速減小，C點(diǎn)為0C-C/連線以上的邊界層脫離了物體的邊界

25、層流道擴(kuò)大時(shí)必產(chǎn)生逆壓流動(dòng)逆壓流動(dòng)易產(chǎn)生邊界層脫體邊界層脫體產(chǎn)生漩渦，增加能耗第五節(jié) 阻力損失根據(jù)能量衡算式：理想流體：=0，hf=0實(shí)際流體：0，hf0所以，產(chǎn)生流動(dòng)阻力的內(nèi)因：流體的粘性產(chǎn)生流動(dòng)阻力的外因：流體流動(dòng)管路的組成：直管；閥門，彎頭等流動(dòng)阻力分成：直管阻力，局部阻力5-1層流時(shí)直管阻力損失結(jié)論：（層流）1. hfu12. u=4V/（d2）代入可知：當(dāng)V一定時(shí)，hfd-43. 虛擬壓強(qiáng)的降低，與無關(guān)5-2湍流時(shí)直管阻力的實(shí)驗(yàn)研究方法湍流時(shí)：hf=f (d, l, u,)絕對(duì)粗糙度影響因素：設(shè)備特性、物性、操作條件工程問題的復(fù)雜性：1. 影響變量多，實(shí)驗(yàn)工作量大實(shí)驗(yàn)次數(shù)N=mnm每

26、個(gè)變量改變的次數(shù)（實(shí)驗(yàn)的水平數(shù)）n自變量個(gè)數(shù)2. 許多變量的可變范圍廣，物性千變?nèi)f化3. 設(shè)備幾何邊界條件的復(fù)雜性（主要）（有小見大，由此及彼）實(shí)驗(yàn)研究（因次分析法）的基本步驟1. 通過預(yù)實(shí)驗(yàn)或過程分析，找出所有的、不可忽略的影響因素2. 函數(shù)的無因次化，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)3. 尋找合適的具體的函數(shù)逼近形式如：y=a+bx，y=a+a1x+a2x2y=Ax1ax2b（化原）y=Aeax（化學(xué)反應(yīng)）4. 實(shí)驗(yàn)確定待定參數(shù)5-3因次分析法及定理一因次分析法1. 列出所有影響因素物性：，幾何尺寸：d,l,流動(dòng)條件：u湍流時(shí)：hf=f (d, l,u,)2. 變量的無因次化（寫出每個(gè)變量的因次；選n個(gè)獨(dú)立變

27、量；剩余變量無因次化）變量單位因次hfJ/kgL2T-2l,d,mLum/sLT-1Ns/m2ML-1T-1kg/m3ML-3選因次相互獨(dú)立的變量代替基本因次：d,u，其余變量：hf,l無因次化3. 函數(shù)的無因次化二.定理：無因次數(shù)群的個(gè)數(shù)=變量數(shù)基本因次數(shù)N=m-n7-3=4因次分析法的依據(jù)：1. 物理方程各項(xiàng)因次一致；2. 定理因次分析法的主要特點(diǎn)1. 能夠做到“有小見大”，“由此及彼”2. 可以有效地減少實(shí)驗(yàn)工作量3. 該法是純經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和歸納。所得方程是純經(jīng)驗(yàn)方程，對(duì)過程的內(nèi)在本質(zhì)不了解（黑箱法）4. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘剿鞣匠獭?-4湍流直管阻力經(jīng)驗(yàn)式一與Re的關(guān)系1. 層流時(shí)：=64/Re

28、2. 莫迪圖（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)）1) 層流區(qū)：近與Re有關(guān)。Re，知道u，d與，hf的關(guān)系2) 過渡區(qū)：2000<Re<4000，設(shè)計(jì)時(shí)，按湍流計(jì)算3) 湍流區(qū):Re，,下降趨勢(shì)漸緩4) 高度湍流區(qū)（阻力平方區(qū)）與Re無關(guān)，=f(/d)hfu2hfd-5，(V一定)二相對(duì)粗糙度/d對(duì)的影響層流時(shí)：=f(Re),與/d無關(guān)湍流時(shí)：(/d)，三實(shí)際管的當(dāng)量粗糙度由實(shí)驗(yàn)測(cè)得阻力損失，算出當(dāng)量粗糙度值見p.41 表1-1湍流時(shí)，也可用下式計(jì)算：四非圓形管的當(dāng)量直徑注意：直管阻力損失應(yīng)與固體表面間的摩擦損失區(qū)別，流體流動(dòng)的直管阻力損失發(fā)生在流體內(nèi)部。5-5局部阻力損失一阻力系數(shù)法對(duì)多股流體的合流或

29、單股流體的分流，可能為負(fù)值。即部分流體獲得能量。p.45記住：小大，=1.0大小, =0.5二當(dāng)量長(zhǎng)度法p.45第六節(jié) 流體輸送管路的計(jì)算6-1阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響一 簡(jiǎn)單管路（圖1-40）結(jié)論1：流體流動(dòng)過程中，其總勢(shì)能的減少，用以克服流動(dòng)中的阻力損失及動(dòng)能的增量。結(jié)論2：管路兩端的總勢(shì)能差一定后，管路的總阻力損失hf受此約束，且在整個(gè)管路中有一定的分配。阻力分配的變化將引起管內(nèi)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化。結(jié)論3：u 任何局部阻力，將使V，其余各部分阻力均。u 上游阻力，下游各點(diǎn)壓強(qiáng)(如B點(diǎn))；下游阻力，上游各點(diǎn)壓強(qiáng)（如A點(diǎn)）。u Hf表現(xiàn)在總勢(shì)能的降低，對(duì)局部阻力，由于Z0,則表現(xiàn)為壓強(qiáng)的降低。二分支

30、管路（圖1-41）圖中A，B閥全開時(shí)，有P0，V1，V2，V3現(xiàn)將A關(guān)小，B開度不變，有p/0，V/1，V/2，V/3判斷：V1/_ V1,V/2 _ V2V/3 _ V3,p/0 p0結(jié)論：對(duì)分支管路，任一支管阻力的上升，該支管流量下降，而其余各支管流量上升。但總流量V總=Vi,必然下降。兩種極端情況：1. 總管阻力可以忽略、支管阻力為主hf總<<hf支,即hfhf支,此時(shí)：10 ,任一支管阻力的變化，將使（0-i）的變化忽略，則其余各支管的流量幾乎不變。（總管阻力忽略）(城市供水、煤氣管道的鋪設(shè))2. 總管阻力為主、支管阻力可以忽略hfhf總>>hf支,此時(shí)：（1-

31、0）很大，而（0-i）很小，任一支管阻力的變化，（1-0）近似不變，總流量幾乎不變，但其余各支管流量變化很大，在總流量幾乎不變的情況下重新分配。（總管阻力很大）三匯合管路（圖1-42）閥A關(guān)?。?，hf1-0，hf2-0均，u1、u2、u3均，但u2下降的幅度更大（2<1）。當(dāng)0上升至0=2時(shí)，u2=0，此時(shí)，V3=V1；若0>2，則變?yōu)榉种Ч苈?。結(jié)論：互相連通的管網(wǎng)系統(tǒng)，是不可分隔的整體。流動(dòng)參數(shù)在該系統(tǒng)內(nèi)有確定的分布（存在一定的能量平衡）。任何局部的流動(dòng)條件發(fā)生變化，都會(huì)使整個(gè)管路原有的能量平衡遭到破壞，引起整個(gè)分布的變化，須根據(jù)新的條件建立新的能量平衡，形成新條件下的分布。6

32、-2管路計(jì)算一 計(jì)算公式9個(gè)變量：qV，d,u,1,2,l,（，一定）規(guī)定6個(gè)變量，能求出其余3個(gè)。二兩類題型1. 設(shè)計(jì)型計(jì)算命題特征：規(guī)定輸送流量任務(wù)qV，流體性質(zhì)，求管徑d，起始端壓強(qiáng)p1(或高度Z1)。給定條件：l，p2計(jì)算特點(diǎn)：方程無唯一解，多方案，選擇最優(yōu)化設(shè)計(jì)。工程優(yōu)化原則：技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。p.49計(jì)算方法：選擇流速u，計(jì)算管徑d，求得其余各參數(shù)。2. 操作型計(jì)算命題特征：設(shè)備條件一定，求：（1） 在一定的操作條件下具有的輸送流量；（2） 為完成一定輸送任務(wù)所需的操作條件。給定條件：d,l，1，2，求輸送量qV或d,l，2 ，qV。求輸送量1計(jì)算特點(diǎn)：方程組內(nèi)有復(fù)雜的非線性方程，需用迭代法（試差）求方程近似解，但解是唯一的。初值：變化小，為此，選擇作為試差對(duì)象（工業(yè)上，一般為0.020.04）初的確定：較大（u?。?，設(shè)=64/Re滯流區(qū)較?。╱大），設(shè)=f(/d)阻力平方區(qū)qV=uA初值計(jì)算u計(jì)算Re計(jì)算|初計(jì)|修正初TF三擬定態(tài)問題的近似求解當(dāng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化率很小的非定態(tài)過程，可用擬定態(tài)方法近似處理。四復(fù)雜管路的計(jì)算1 分支或匯合管路的計(jì)算(圖1-47)交匯點(diǎn)處，工程上