食品工程原理講義01流體

1、食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院11 1 流體流動(dòng)及輸送機(jī)械流體流動(dòng)及輸送機(jī)械食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2【本章學(xué)習(xí)要求【本章學(xué)習(xí)要求】掌握作為本課程基礎(chǔ)的流體流動(dòng)知識(shí)及輸送機(jī)械的知識(shí)；掌握作為本課程基礎(chǔ)的流體流動(dòng)知識(shí)及輸送機(jī)械的知識(shí)；掌握流體物料衡算、能量衡算、動(dòng)量衡算方法；掌握流體物料衡算、能量衡算、動(dòng)量衡算方法；掌握靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用；掌握靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用；掌握連續(xù)性方程、伯努利方程、流體流動(dòng)阻力計(jì)算公式，掌握連續(xù)性方程、伯努利方程、流體流動(dòng)阻力計(jì)算公式，解決管路計(jì)算及輸送機(jī)械選用的工

2、程實(shí)際問(wèn)題；解決管路計(jì)算及輸送機(jī)械選用的工程實(shí)際問(wèn)題；理解圖理解圖0-10-1歸一主線所述四種研究方法在本章中的具體應(yīng)用，歸一主線所述四種研究方法在本章中的具體應(yīng)用，為傳熱和傳質(zhì)的學(xué)習(xí)奠定類比基礎(chǔ)。為傳熱和傳質(zhì)的學(xué)習(xí)奠定類比基礎(chǔ)。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院3本章內(nèi)容本章內(nèi)容1.1 1.1 與流體有關(guān)的幾個(gè)基本概念與流體有關(guān)的幾個(gè)基本概念1.2 1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 1.3 流體流動(dòng)的衡算方程流體流動(dòng)的衡算方程1.4 1.4 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象1.5 1.5 流體流經(jīng)等徑直管的阻力和動(dòng)量通量流體流

3、經(jīng)等徑直管的阻力和動(dòng)量通量1.6 1.6 管路上局部阻力的計(jì)算和管路總阻力的計(jì)算管路上局部阻力的計(jì)算和管路總阻力的計(jì)算1.7 1.7 管路計(jì)算管路計(jì)算1.8 1.8 基于流體力學(xué)原理的幾種流量測(cè)量基于流體力學(xué)原理的幾種流量測(cè)量1.9 1.9 非牛頓流體及阻力計(jì)算原則非牛頓流體及阻力計(jì)算原則1.10 1.10 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械點(diǎn)擊此處返回總目錄點(diǎn)擊此處返回總目錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院41 流體流動(dòng)及輸送機(jī)械流體流動(dòng)及輸送機(jī)械流體流動(dòng)是討論單元操作的基礎(chǔ)。流體流動(dòng)是討論單元操作的基礎(chǔ)?！叭齻魅齻鳌笔侵竸?dòng)量、熱量和（物）質(zhì)量傳遞，它們有

4、本質(zhì)是指動(dòng)量、熱量和（物）質(zhì)量傳遞，它們有本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，都與流體的流動(dòng)密切相關(guān)。的內(nèi)在聯(lián)系，都與流體的流動(dòng)密切相關(guān)。食品生產(chǎn)涉及各種流體輸送問(wèn)題，需要研究流體的流動(dòng)規(guī)食品生產(chǎn)涉及各種流體輸送問(wèn)題，需要研究流體的流動(dòng)規(guī)律以便進(jìn)行管路設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇以及所需功率的計(jì)律以便進(jìn)行管路設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇以及所需功率的計(jì)算。算。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院5傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過(guò)程有著重要影傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過(guò)程有著重要影響。響。緒論中已經(jīng)講過(guò)，學(xué)會(huì)了流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）規(guī)律后，緒論中已

5、經(jīng)講過(guò)，學(xué)會(huì)了流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）規(guī)律后，可類比學(xué)習(xí)其余兩傳?？深惐葘W(xué)習(xí)其余兩傳。本課程首先研究流體流動(dòng)規(guī)律。本課程首先研究流體流動(dòng)規(guī)律。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院61.1 與流體有關(guān)的幾個(gè)基本概念與流體有關(guān)的幾個(gè)基本概念1.1.1 1.1.1 流體的連續(xù)性假定流體的連續(xù)性假定流體是液體和氣體的總稱。流體是液體和氣體的總稱。以分子尺度考察流體流動(dòng)將非常復(fù)雜，不實(shí)用，因?yàn)椴贿B以分子尺度考察流體流動(dòng)將非常復(fù)雜，不實(shí)用，因?yàn)椴贿B續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的表達(dá)復(fù)雜，邊界條件和初始條件需要確定，續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的表達(dá)復(fù)雜，邊界條件和初始條件需要

6、確定，數(shù)學(xué)公式求解困難。數(shù)學(xué)公式求解困難。取流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）作為最小考察對(duì)象。取流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）作為最小考察對(duì)象。點(diǎn)擊此處返回本章目點(diǎn)擊此處返回本章目錄錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院7質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸但又比分子自由程要大得多。但又比分子自由程要大得多?？杉僭O(shè)流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒(méi)有空隙，完全可假設(shè)流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒(méi)有空隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)（高真空稀薄氣體不適用）。充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)（高真空稀薄氣體不適用）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊

7、返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院81.1.2 1.1.2 體積力體積力作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)量成正比的力稱作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)量成正比的力稱為體積力。為體積力。流體密度均一時(shí)，質(zhì)量與體積成正比，故稱體積力。重流體密度均一時(shí)，質(zhì)量與體積成正比，故稱體積力。重力和離心力是典型的體積力。力和離心力是典型的體積力。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院91.1.3 1.1.3 表面力表面力與作用的表面積成正比的力稱為表面力。與作用的表面積成正比的力稱為表

8、面力。表面力可垂直也可平行于表面，分別稱為正壓力和剪力。表面力可垂直也可平行于表面，分別稱為正壓力和剪力。單位面積上的正壓力稱為壓強(qiáng)（也稱壓力），單位面積單位面積上的正壓力稱為壓強(qiáng)（也稱壓力），單位面積上的剪力稱為剪應(yīng)力。上的剪力稱為剪應(yīng)力。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院101.1.4 1.1.4 流體壓強(qiáng)的表示方法流體壓強(qiáng)的表示方法SISI制單位為制單位為PaPa，即，即N/mN/m2 2，換算關(guān)系，換算關(guān)系1 bar=101 bar=105 5 Pa=100 kPaPa=100 kPa1 atm1 atm（物理大氣

9、壓）（物理大氣壓）=1.013=1.01310105 5 Pa Pa =101.3 kPa =101.3 kPa=760 mmHg=10.33m H=760 mmHg=10.33m H2 2O O1 kgf/cm1 kgf/cm2 2（工程大氣壓）（工程大氣壓）=1 at=1 at =9.81 =9.8110104 4 Pa=735.6 mmHg=10mH Pa=735.6 mmHg=10mH2 2O O點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院11 n 壓強(qiáng)的表示要注意表壓、真空度、絕壓、負(fù)壓等概念壓強(qiáng)的表示要注意表壓、真空度、

10、絕壓、負(fù)壓等概念 解釋這些概念。解釋這些概念。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院12圖圖 絕對(duì)壓力、表壓和真空度的關(guān)系絕對(duì)壓力、表壓和真空度的關(guān)系（a）測(cè)定壓力）測(cè)定壓力大氣壓（大氣壓（b）測(cè)定壓力）測(cè)定壓力大氣壓大氣壓絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力測(cè)定壓力測(cè)定壓力表壓表壓大氣壓大氣壓當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮海ū韷簽榱悖ū韷簽榱悖┙^對(duì)壓力為零絕對(duì)壓力為零真空度真空度絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力測(cè)定壓力測(cè)定壓力（a）（b）食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院13表壓與真空度的動(dòng)畫(huà) 食品工程原理食品工程原

11、理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院141.1.5 1.1.5 流體流動(dòng)中的機(jī)械能流體流動(dòng)中的機(jī)械能有位能（勢(shì)能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)能。有位能（勢(shì)能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)能。流體反抗一定的壓力流動(dòng)需要外界做功。流體反抗一定的壓力流動(dòng)需要外界做功。如圖所示，體積為如圖所示，體積為V V的流體反抗壓強(qiáng)的流體反抗壓強(qiáng)p p被被壓入管中，行程壓入管中，行程為為L(zhǎng) L，則外界所作功為，則外界所作功為：（見(jiàn)下頁(yè)）：（見(jiàn)下頁(yè)）點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院15 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/20

12、22化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院16點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院171.2 流體靜力學(xué)（流體靜力學(xué)（Hydrostatics）1.2.1 1.2.1 流體的密度流體的密度流體靜壓強(qiáng)與密度有關(guān)，密度為質(zhì)量除以體積，單位為流體靜壓強(qiáng)與密度有關(guān)，密度為質(zhì)量除以體積，單位為 kg/mkg/m3 3。密度的倒數(shù)稱為比體積（過(guò)去也稱比容），密度的倒數(shù)稱為比體積（過(guò)去也稱比容）， 單位為單位為m m3 3/kg/kg/m V1/v 點(diǎn)擊此處返回本章目點(diǎn)擊此處返回本章目錄錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命

13、科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院181.2.2 1.2.2 流體靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程取均勻、連續(xù)、靜取均勻、連續(xù)、靜止流體中的一個(gè)微止流體中的一個(gè)微元作受力分析，如元作受力分析，如圖所示。圖所示。 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院19點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院20dddg ddgd0pppzxyzzxypz點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院21點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食

14、品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院22n靜止流體中壓強(qiáng)關(guān)系靜止流體中壓強(qiáng)關(guān)系:點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院23p p+ += =常數(shù)，表達(dá)雖然簡(jiǎn)單，但用途卻很廣泛，可用于測(cè)壓常數(shù)，表達(dá)雖然簡(jiǎn)單，但用途卻很廣泛，可用于測(cè)壓強(qiáng)、壓差、液位、混合液的界面、輔助流量和流速的測(cè)強(qiáng)、壓差、液位、混合液的界面、輔助流量和流速的測(cè)量計(jì)算，需熟練掌握，課后自己通過(guò)完成量計(jì)算，需熟練掌握，課后自己通過(guò)完成p63-64p63-64作業(yè)作業(yè)1-91-9加以領(lǐng)會(huì)。加以領(lǐng)會(huì)。課上僅討論課上僅討論U U型

15、壓差計(jì)型壓差計(jì)1.2.3 1.2.3 靜力學(xué)方程的應(yīng)用靜力學(xué)方程的應(yīng)用點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院24（1 1）正裝傾斜管上的）正裝傾斜管上的U U型壓差計(jì)型壓差計(jì)點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院25110()aBiBippgRppgzgR（指水）指水） （i指水銀等）指水銀等） 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2611221,2,()()iipgzgRgRpgzppgR

16、i為流動(dòng)流體密度，為指示物的密度點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院271,112,2ppgzppgzn由和壓差計(jì)算式得到關(guān)聯(lián)式：由和壓差計(jì)算式得到關(guān)聯(lián)式：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院28（2 2）倒裝傾斜管上的）倒裝傾斜管上的U U型壓差計(jì)型壓差計(jì)點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院29點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)

17、與生命科學(xué)學(xué)院301,1,aaaaapppgzppgz點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院311,2,21()()() ()() ()()iBaBaiBaiippg zzg zzg zzg RRgR點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院321.3 1.3 流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、能量、動(dòng)量衡算式）能量、動(dòng)量衡算式）1.3.1 1.3.1 流體流動(dòng)的流量與流速及穩(wěn)態(tài)與非流體流動(dòng)的流量與流速及穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程點(diǎn)擊此處返

18、回本章目點(diǎn)擊此處返回本章目錄錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院33流速是單位橫截面上流過(guò)的流體量。流速是單位橫截面上流過(guò)的流體量。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院34用用G G表示，單位為表示，單位為kg/(mkg/(m2 2 s) s)，表示流體以質(zhì)量計(jì)時(shí)的流通，表示流體以質(zhì)量計(jì)時(shí)的流通密度（或通量）。密度（或通量）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院35單位時(shí)間單位面積上的某物理量具有通量（流通密度）

19、單位時(shí)間單位面積上的某物理量具有通量（流通密度）的含義，參照體積的通量為流速，質(zhì)量的通量為質(zhì)量流的含義，參照體積的通量為流速，質(zhì)量的通量為質(zhì)量流速，故以后涉及到通量的概念時(shí)，可理解成速，故以后涉及到通量的概念時(shí)，可理解成某物理量的某物理量的“速度速度”含義。含義。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院36點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院37流體流動(dòng)中，某物理量不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)定流動(dòng)、流體流動(dòng)中，某物理量不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)定流動(dòng)、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

20、物理量隨時(shí)間變化的過(guò)程稱為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。物理量隨時(shí)間變化的過(guò)程稱為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。推廣到各過(guò)程，則有穩(wěn)態(tài)過(guò)程和非穩(wěn)態(tài)過(guò)程之分（能舉推廣到各過(guò)程，則有穩(wěn)態(tài)過(guò)程和非穩(wěn)態(tài)過(guò)程之分（能舉出例子嗎？）出例子嗎？）點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院381.3.2 1.3.2 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算方程穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算方程連連續(xù)性方程續(xù)性方程如圖所示的流動(dòng)，按質(zhì)量衡算方法（框內(nèi)）如圖所示的流動(dòng)，按質(zhì)量衡算方法（框內(nèi)）點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院39輸入控制體質(zhì)量積

21、累質(zhì)量輸出質(zhì)量輸入控制體質(zhì)量積累質(zhì)量輸出質(zhì)量對(duì)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，積累質(zhì)量對(duì)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，積累質(zhì)量0 0。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院40點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院411.3.3 能量衡算式與能量衡算式與Bernoulli（伯努利）方（伯努利）方程（機(jī)械能衡算式）程（機(jī)械能衡算式）(1)(1)總能量衡算式總能量衡算式食品工業(yè)（或化工類型生產(chǎn)過(guò)程）中常見(jiàn)的流體流動(dòng)過(guò)食品工業(yè)（或化工類型生產(chǎn)過(guò)程）中常見(jiàn)的流體流動(dòng)過(guò)程如圖所示。程如圖所示。在在1-11-1截

22、面（垂直于管道）、截面（垂直于管道）、2-22-2截面和管道及設(shè)備壁面截面和管道及設(shè)備壁面所圍范圍（衡算控制體）內(nèi)，設(shè)過(guò)程無(wú)電能、化學(xué)能等所圍范圍（衡算控制體）內(nèi)，設(shè)過(guò)程無(wú)電能、化學(xué)能等能量形式的輸入和輸出，過(guò)程穩(wěn)態(tài)。能量形式的輸入和輸出，過(guò)程穩(wěn)態(tài)。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院42輸入輸出控制系統(tǒng)的物質(zhì)量為輸入輸出控制系統(tǒng)的物質(zhì)量為m m kg kg，列出輸入、輸出控，列出輸入、輸出控制系統(tǒng)的能量。制系統(tǒng)的能量。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院

23、43輸入能量：輸入能量： 位能位能mgzmgz1 1； z1,u1p1,1w泵p2,2z2,u2點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院44點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院45輸出的能量：輸出的能量： mgzmgz2 2； z1,u1p1,1w泵p2,2z2,u2點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院46穩(wěn)態(tài)過(guò)程有：輸入能量輸出能量穩(wěn)態(tài)過(guò)程有：輸入能量輸出能量211111222222121

24、2eepmgzmummUmwmqpmgzmummU點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院47點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院48點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院49（2 2）機(jī)械能衡算式（）機(jī)械能衡算式（BernoulliBernoulli方程）方程）熱力學(xué)能和熱能不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的機(jī)械能。熱力學(xué)能和熱能不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的機(jī)械能?？芍豢紤]機(jī)械能衡算?？芍豢紤]機(jī)械

25、能衡算。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院50實(shí)際流體因存在粘性，流動(dòng)過(guò)程中將消耗機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為實(shí)際流體因存在粘性，流動(dòng)過(guò)程中將消耗機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為熱能，升高流體的溫度。熱能，升高流體的溫度。假設(shè)流體溫度不變，故此機(jī)械能損耗看成是輸出到控制體假設(shè)流體溫度不變，故此機(jī)械能損耗看成是輸出到控制體之外，并設(shè)之外，并設(shè)1 kg1 kg流體機(jī)械能因內(nèi)摩擦的損耗而發(fā)生的損失流體機(jī)械能因內(nèi)摩擦的損耗而發(fā)生的損失為為 (J/kg)(J/kg)，則得到流體流動(dòng)的機(jī)械能衡算式為：，則得到流體流動(dòng)的機(jī)械能衡算式為：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品

26、工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院51BEBE的壓強(qiáng)可同時(shí)取絕壓，也可同時(shí)取表壓計(jì)算。的壓強(qiáng)可同時(shí)取絕壓，也可同時(shí)取表壓計(jì)算。使用條件為穩(wěn)態(tài)、不可壓縮，連續(xù)流體時(shí)（汽化時(shí)，管道使用條件為穩(wěn)態(tài)、不可壓縮，連續(xù)流體時(shí)（汽化時(shí)，管道截面不滿不能用）。截面不滿不能用）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院52要按流動(dòng)方向列要按流動(dòng)方向列1-11-1截面和截面和2-22-2截面，且兩個(gè)截面應(yīng)在已截面，且兩個(gè)截面應(yīng)在已知參數(shù)較多的地方。知參數(shù)較多的地方。1-11-1和和2-22-2截面與流動(dòng)方向垂

27、直，要截面與流動(dòng)方向垂直，要指出具體位置如在管出口內(nèi)側(cè)還是外側(cè)（原因以后敘指出具體位置如在管出口內(nèi)側(cè)還是外側(cè)（原因以后敘述）。述）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院53 注意三種公式形式：注意三種公式形式：1 21 22211221222112212223121122(J/kg)22(m-J/N)22(Pa-J/m )22efeffupupgzwgzhupupzHzHgggguupgzPpgzP點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院54點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊

28、返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院55點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院56在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因管截面上各點(diǎn)速度不同，有速度分布，在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因管截面上各點(diǎn)速度不同，有速度分布，u u取平均值，因工程上一般流動(dòng)為所謂的湍流（后述），取平均值，因工程上一般流動(dòng)為所謂的湍流（后述），以平均速度計(jì)算的動(dòng)能與動(dòng)能的平均值的校正系數(shù)為以平均速度計(jì)算的動(dòng)能與動(dòng)能的平均值的校正系數(shù)為1 1。層流時(shí)動(dòng)能項(xiàng)前要乘系數(shù)層流時(shí)動(dòng)能項(xiàng)前要乘系數(shù)2 2，但一般動(dòng)能項(xiàng)較小，故在使，但一般動(dòng)能項(xiàng)較小，

29、故在使用中不加以校正。用中不加以校正。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院57提出利用提出利用B B、E E解題的要點(diǎn)：解題的要點(diǎn)：（1 1）由題意，畫(huà)出示意圖。）由題意，畫(huà)出示意圖。（2 2）確定控制體。注意以上討論的第（）確定控制體。注意以上討論的第（4 4）點(diǎn)。）點(diǎn)。（3 3）選準(zhǔn)基準(zhǔn)面，要便于計(jì)算。）選準(zhǔn)基準(zhǔn)面，要便于計(jì)算。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院58例題：用泵將貯池中的常溫下的水送至吸收塔頂部，貯例題：用泵將貯池中的常溫下的水送至吸收

30、塔頂部，貯液池水面維持恒定，各部分的相對(duì)位置如圖所示。輸水液池水面維持恒定，各部分的相對(duì)位置如圖所示。輸水管的直徑為管的直徑為76763mm3mm，排出管出口的噴頭連接處的壓強(qiáng)為，排出管出口的噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.156.1510104 4PaPa（表壓），送水量為（表壓），送水量為34.5 m34.5 m3 3/h/h，水流經(jīng)全部，水流經(jīng)全部管道（不包括噴頭）的能量損失為管道（不包括噴頭）的能量損失為160 J/kg160 J/kg。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院59點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原

31、理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院60點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院61 1124m22點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院62點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院63479.7 1000 0.0096 4605.12 4.61eesesNw w wV 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院6

32、4點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院65點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院66然后由然后由d d時(shí)間內(nèi)物料衡算列出微分方程，求解。時(shí)間內(nèi)物料衡算列出微分方程，求解。1 22111222222fpugzpugzh 11229mh3m點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院671 21(21221200,40,0fppuuuhuzhz表)（表）29.810.450.492huuh點(diǎn)擊返回本章

33、首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院68針對(duì)針對(duì)d d時(shí)間內(nèi)出入系統(tǒng)的水進(jìn)行衡算：時(shí)間內(nèi)出入系統(tǒng)的水進(jìn)行衡算： 輸入輸出積累輸入輸出積累2222110dd440(0.492)ddd uDhdhD h 11229mh3m點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院69220.49230.040.49211432.92Ddhddhdhhdhh 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院704 360009d11432

34、.925.62 mhhdhh 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院711.4 1.4 流體流動(dòng)現(xiàn)象（流體流動(dòng)現(xiàn)象（Fluid Flow Fluid Flow PhenomenaPhenomena）點(diǎn)擊此處返回本章目點(diǎn)擊此處返回本章目錄錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院721.4.1 1.4.1 牛頓粘性定律與粘度系數(shù)牛頓粘性定律與粘度系數(shù)流體在外力作用下可流動(dòng)，但流體具有抗拒流動(dòng)的特性，流體在外力作用下可流動(dòng)，但流體具有抗拒流動(dòng)的特性，稱為粘性。稱為粘性。粘性是運(yùn)動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)中分子

35、交換動(dòng)量的必然結(jié)果。粘性是運(yùn)動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)中分子交換動(dòng)量的必然結(jié)果。流體質(zhì)點(diǎn)中的運(yùn)動(dòng)速度不同，必然產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生動(dòng)量流體質(zhì)點(diǎn)中的運(yùn)動(dòng)速度不同，必然產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生動(dòng)量交換，故粘性表征了流體動(dòng)量交換結(jié)果的特性，是流體交換，故粘性表征了流體動(dòng)量交換結(jié)果的特性，是流體本身的一種物理性質(zhì)本身的一種物理性質(zhì)。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院73以水在圓管內(nèi)的流動(dòng)為例分析：實(shí)驗(yàn)揭示，管中心處流以水在圓管內(nèi)的流動(dòng)為例分析：實(shí)驗(yàn)揭示，管中心處流速最大，管壁處流速為零，在管的截面上對(duì)流速分布進(jìn)速最大，管壁處流速為零，在管的截面上對(duì)流速分布進(jìn)行表

36、征，可將流體分割成一層一層速度不同的薄圓筒，行表征，可將流體分割成一層一層速度不同的薄圓筒，各極薄層圓筒速度不同。各極薄層圓筒速度不同。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院74速度大的圓筒對(duì)小的產(chǎn)生帶動(dòng)作用，小的則對(duì)大的產(chǎn)生阻速度大的圓筒對(duì)小的產(chǎn)生帶動(dòng)作用，小的則對(duì)大的產(chǎn)生阻滯作用（實(shí)質(zhì)上是由速度不同的流體分子在不同速度層中滯作用（實(shí)質(zhì)上是由速度不同的流體分子在不同速度層中互換，但質(zhì)點(diǎn)物質(zhì)量不變）?；Q，但質(zhì)點(diǎn)物質(zhì)量不變）。運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間因分子碰撞交換動(dòng)量而運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間因分子碰撞交換動(dòng)量而產(chǎn)

37、生的相互作用力稱內(nèi)摩擦力，也稱為粘滯力（產(chǎn)生的相互作用力稱內(nèi)摩擦力，也稱為粘滯力（Viscous Viscous forceforce）或粘性摩擦力（）或粘性摩擦力（Viscous frictionViscous friction）。）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院75此力由牛頓粘性定律表達(dá)：此力由牛頓粘性定律表達(dá)：速度分布不是直線時(shí)：速度分布不是直線時(shí)：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院762542111cPP=(dyn/cm )1001001

38、(10 N/10 m )1001Pa s=1mPa s1000ss點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院77點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院78混合氣體：混合氣體：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院79點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院801.4.2 1.4.2 流體的流動(dòng)類型流體的流動(dòng)類型（1 1）雷諾（）雷諾

39、（RenoldsRenolds）實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院81q流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。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，水的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直表明，水的質(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)，各層之間沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的遷移。線運(yùn)動(dòng)，各層之間沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的遷移。q當(dāng)開(kāi)大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有色細(xì)當(dāng)開(kāi)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)則地波動(dòng)；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)； q速度

40、再增，細(xì)線的波動(dòng)加劇，整個(gè)玻璃管中的水呈現(xiàn)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)生了顯著均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動(dòng)狀況已發(fā)生了顯著地變化。地變化。 食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院82雷諾實(shí)驗(yàn)演示動(dòng)畫(huà) 流體流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院83雷諾實(shí)驗(yàn)裝置 這是學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置，可以驗(yàn)證雷諾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院84點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6

41、/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院85 紅墨水水玻璃管點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院86管流中：管流中：Re2000 Re2000 層流；層流；Re4000 Re4000 湍流；湍流；ReRe在在20004000 20004000 可能是層流也可能是湍流，是一個(gè)不穩(wěn)定可能是層流也可能是湍流，是一個(gè)不穩(wěn)定的區(qū)域，但并不是第三種流型，稱為過(guò)渡區(qū)的區(qū)域，但并不是第三種流型，稱為過(guò)渡區(qū) （Transition flowTransition flow）。）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6

42、/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院87（3 3）層流與湍流）層流與湍流層流時(shí)流體分層流動(dòng)，層與層之間沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合，層流時(shí)流體分層流動(dòng)，層與層之間沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合，動(dòng)量交換少，阻力較小，但傳熱和傳質(zhì)量也較小，是重要?jiǎng)恿拷粨Q少，阻力較小，但傳熱和傳質(zhì)量也較小，是重要的控制步驟，以后會(huì)講以熱傳導(dǎo)和分子擴(kuò)散的形式完成傳的控制步驟，以后會(huì)講以熱傳導(dǎo)和分子擴(kuò)散的形式完成傳遞過(guò)程。遞過(guò)程。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院881.4.3 流體流動(dòng)的邊界層（流體流動(dòng)的邊界層（Boundary Layer）（1 1

43、）邊界層的形成）邊界層的形成流體流經(jīng)固體壁面時(shí)必然受影響，不同點(diǎn)受影響程度不流體流經(jīng)固體壁面時(shí)必然受影響，不同點(diǎn)受影響程度不一樣（因粘性）。一樣（因粘性）。壁面區(qū)域一段范圍內(nèi)，存在速度梯度（分布）。壁面區(qū)域一段范圍內(nèi)，存在速度梯度（分布）。以流體質(zhì)點(diǎn)速度為主體速度的以流體質(zhì)點(diǎn)速度為主體速度的0.990.99倍為界限的近壁區(qū)即倍為界限的近壁區(qū)即為流體的邊界層。為流體的邊界層。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院89流體被分層兩部分：邊界層部分和主體部分。流體被分層兩部分：邊界層部分和主體部分。主體部分基本不受影響，只需著重考察

44、邊界層中的流體。主體部分基本不受影響，只需著重考察邊界層中的流體。（2 2）邊界層的發(fā)展）邊界層的發(fā)展隨隨x x變大，流體受影響區(qū)域越來(lái)越大，即更寬區(qū)域內(nèi)有速度變大，流體受影響區(qū)域越來(lái)越大，即更寬區(qū)域內(nèi)有速度分布，說(shuō)明邊界層發(fā)展了。分布，說(shuō)明邊界層發(fā)展了。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院90在發(fā)展過(guò)程中流型還在發(fā)展過(guò)程中流型還 可可 發(fā)生變化，見(jiàn)圖。發(fā)生變化，見(jiàn)圖。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院91邊界層中的流型用邊界層中的流型用Rex=uRex

45、=u0 0 x/x/判斷。光滑圓管內(nèi)湍流流判斷。光滑圓管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)層流內(nèi)層的厚度動(dòng)時(shí)層流內(nèi)層的厚度b b可按照可按照61.561.5d dReRe7/87/8估算，估算，d d為管徑，系為管徑，系數(shù)數(shù)61.561.5根據(jù)所采用的平均流速與管中心最大流速的比值不根據(jù)所采用的平均流速與管中心最大流速的比值不同而有所變化，同而有所變化，ReRe越大，越大，b b越小，如對(duì)越小，如對(duì)100mm100mm管，當(dāng)管，當(dāng)Re=1Re=110105 5時(shí)，時(shí)，b b=0.26mm=0.26mm。層流內(nèi)層的厚度。層流內(nèi)層的厚度b b雖小，但因?qū)与m小，但因?qū)恿鲀?nèi)層中為層流，對(duì)后續(xù)要討論的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程都有重流內(nèi)

46、層中為層流，對(duì)后續(xù)要討論的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程都有重要影響，不可忽略。要影響，不可忽略。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院92特別注意管流入口段邊界層發(fā)展及匯合的問(wèn)題。特別注意管流入口段邊界層發(fā)展及匯合的問(wèn)題。此段為不穩(wěn)定過(guò)程，測(cè)有關(guān)參數(shù)需要避開(kāi)此段。一般入口此段為不穩(wěn)定過(guò)程，測(cè)有關(guān)參數(shù)需要避開(kāi)此段。一般入口段為（段為（5010050100）d d，匯合后為層流則管流是層流，匯合后是，匯合后為層流則管流是層流，匯合后是湍流則管流是湍流。湍流則管流是湍流。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與

47、生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院93（3 3）邊界層的分離）邊界層的分離流體流經(jīng)曲面流線發(fā)生變化時(shí)可能產(chǎn)生邊界層的分離，并流體流經(jīng)曲面流線發(fā)生變化時(shí)可能產(chǎn)生邊界層的分離，并因產(chǎn)生漩渦產(chǎn)生能量損失。因產(chǎn)生漩渦產(chǎn)生能量損失。駐點(diǎn)處（駐點(diǎn)處（A A）壓強(qiáng)最大（加動(dòng)能轉(zhuǎn)換），流體擠向兩側(cè)。）壓強(qiáng)最大（加動(dòng)能轉(zhuǎn)換），流體擠向兩側(cè)。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院94點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院95點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23

48、/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院961.5 1.5 流體經(jīng)等徑直管的阻力和動(dòng)量通量流體經(jīng)等徑直管的阻力和動(dòng)量通量1.5.1 1.5.1 表達(dá)直管阻力的通式表達(dá)直管阻力的通式范寧公式范寧公式點(diǎn)擊此處返回本章目點(diǎn)擊此處返回本章目錄錄食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院97點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院98當(dāng)當(dāng)w we e=0, z=0, z=0,=0,u u1 1= =u u2 2, ,時(shí)時(shí) p pf f= =p p1 1- -p p2 2（量上才相等）（量上才相等）

49、點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院99點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院100點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院101h hf f或或p pf f是流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)部阻力損失，且以壓強(qiáng)單位是流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)部阻力損失，且以壓強(qiáng)單位表示，即表示單位體積流體的機(jī)械能損失，而施加壓強(qiáng)表示，即表示單位體積流體的機(jī)械能損失，而施加壓強(qiáng)p p+ +為合外力（為合外力（p p1 1A A、p p2

50、2A A、重力分量）所產(chǎn)生的和壓強(qiáng)之差，、重力分量）所產(chǎn)生的和壓強(qiáng)之差，是使此控制體內(nèi)的流體從不流動(dòng)（是使此控制體內(nèi)的流體從不流動(dòng)（u u=0=0）到以流速）到以流速u u流動(dòng)的流動(dòng)的主導(dǎo)因素，使流體獲得動(dòng)量，故可用上式計(jì)算流體從不流主導(dǎo)因素，使流體獲得動(dòng)量，故可用上式計(jì)算流體從不流動(dòng)到以速度動(dòng)到以速度u u流動(dòng)的通量。流動(dòng)的通量。4()()()21/wTTLL uupuuKuuddK點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院102推論：推論：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院

51、化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院103推論：推論：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院104點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院105推論：推論：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院1061.5.3 湍流時(shí)的阻力損失或動(dòng)量通量湍流時(shí)的阻力損失或動(dòng)量通量點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院107點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理

52、食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院108n摩擦阻力系數(shù)圖的講解文字見(jiàn)教材摩擦阻力系數(shù)圖的講解文字見(jiàn)教材p28點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院109點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院110表示管子的絕對(duì)粗糙度，以管壁凸出物高度的平均值表表示管子的絕對(duì)粗糙度，以管壁凸出物高度的平均值表達(dá)。實(shí)際工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度難以精確測(cè)定，可用測(cè)定達(dá)。實(shí)際工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度難以精確測(cè)定，可用測(cè)定流動(dòng)阻力的方法用摩擦阻力系數(shù)圖反推計(jì)算得

53、到。流動(dòng)阻力的方法用摩擦阻力系數(shù)圖反推計(jì)算得到。實(shí)驗(yàn)測(cè)定并繪制摩擦阻力系數(shù)圖時(shí)，可以用人工粗糙管代實(shí)驗(yàn)測(cè)定并繪制摩擦阻力系數(shù)圖時(shí)，可以用人工粗糙管代替，將大小相同的沙粒均勻粘著在普通管上即可獲得，故替，將大小相同的沙粒均勻粘著在普通管上即可獲得，故而粗糙度可以精確測(cè)定。常用管道的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度見(jiàn)下而粗糙度可以精確測(cè)定。常用管道的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度見(jiàn)下表。表。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院111點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院112點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返

54、回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院113對(duì)數(shù)坐標(biāo)與十進(jìn)制坐標(biāo)的關(guān)系：對(duì)數(shù)坐標(biāo)與十進(jìn)制坐標(biāo)的關(guān)系：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院114x x、y y取對(duì)數(shù)后，在坐標(biāo)上尺寸按對(duì)數(shù)值縮小，方便大數(shù)值取對(duì)數(shù)后，在坐標(biāo)上尺寸按對(duì)數(shù)值縮小，方便大數(shù)值的圖示同樣的的圖示同樣的x x=10000=10000，若用十制坐標(biāo)，則需很大坐標(biāo)，若，若用十制坐標(biāo)，則需很大坐標(biāo)，若坐標(biāo)取小了，則較小的數(shù)據(jù)表達(dá)又不清楚。坐標(biāo)取小了，則較小的數(shù)據(jù)表達(dá)又不清楚。對(duì)數(shù)坐標(biāo)能兼顧兩者的圖示，既清楚又可表示

55、很寬的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)坐標(biāo)能兼顧兩者的圖示，既清楚又可表示很寬的數(shù)據(jù)范圍。范圍。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院115圖上圖上x(chóng) x方向兩點(diǎn)的距離是兩個(gè)數(shù)字的對(duì)數(shù)值之差，而數(shù)字方向兩點(diǎn)的距離是兩個(gè)數(shù)字的對(duì)數(shù)值之差，而數(shù)字直接標(biāo)繪在圖上（不用再求對(duì)數(shù)）。直接標(biāo)繪在圖上（不用再求對(duì)數(shù)）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院116經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院117198

56、3年年Haaland提出了相應(yīng)于摩擦阻力提出了相應(yīng)于摩擦阻力系數(shù)圖的一個(gè)估計(jì)摩擦阻力系數(shù)系數(shù)圖的一個(gè)估計(jì)摩擦阻力系數(shù)的直接的直接方程：方程：1.1116.9/1.8lg()Re3.7d 點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院118由柯?tīng)柌寂耍ㄓ煽聽(tīng)柌寂耍–olebrookColebrook）的過(guò)渡區(qū)和湍流區(qū)及尼古拉則）的過(guò)渡區(qū)和湍流區(qū)及尼古拉則（NikuradseNikuradse）和卡門（）和卡門（KarmanKarman）的完全湍流區(qū)（平方區(qū)）的完全湍流區(qū)（平方區(qū)）的摩擦阻力系數(shù)計(jì)算式，可合并得到如下的摩擦阻力系數(shù)的摩

57、擦阻力系數(shù)計(jì)算式，可合并得到如下的摩擦阻力系數(shù)一般回歸式一般回歸式( (可不講可不講) )點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院119點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院120上式一般求解時(shí)需試差。摩擦阻力系數(shù)初值按完全平方區(qū)上式一般求解時(shí)需試差。摩擦阻力系數(shù)初值按完全平方區(qū)計(jì)算，即去掉括號(hào)中的后項(xiàng)。光滑管的初值取計(jì)算，即去掉括號(hào)中的后項(xiàng)。光滑管的初值取0.0080.008，當(dāng)然，當(dāng)然光滑管的摩擦阻力系數(shù)用柏勞修斯或顧毓珍公式會(huì)簡(jiǎn)單一光滑管的摩擦阻力系數(shù)用柏

58、勞修斯或顧毓珍公式會(huì)簡(jiǎn)單一些。些?？删幒贸绦蚝笥糜?jì)算機(jī)調(diào)用現(xiàn)成程序進(jìn)行計(jì)算（由學(xué)生用可編好程序后用計(jì)算機(jī)調(diào)用現(xiàn)成程序進(jìn)行計(jì)算（由學(xué)生用C C語(yǔ)言編）。語(yǔ)言編）。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院121也可用也可用ExcelExcel表計(jì)算。表計(jì)算。在表格在表格1 1列中從上至下依次輸入列中從上至下依次輸入d d、u u、，以下各，以下各列分別計(jì)算列分別計(jì)算/d/d、Re=d u/Re=d u/、0=1/power(1.14-0=1/power(1.14-2 2* *LOG10(/dLOG10(/d單元格單元格),2),2)

59、、=1/ power( (1.14-=1/ power( (1.14-2 2* *LOG10(/dLOG10(/d單元格單元格+9.35/ Re +9.35/ Re 單元格單元格/SQRT(0/SQRT(0單元單元格格),2),2)，第，第1 1次計(jì)算完備。次計(jì)算完備。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院122作第作第2 2次計(jì)算時(shí)，將次計(jì)算時(shí)，將00右鄰單元格右鄰單元格= =左側(cè)左側(cè)單元格，再選中單元格，再選中第第1 1列其它各單元格，在單元格右下列其它各單元格，在單元格右下“+”+”號(hào)狀態(tài)下拖至號(hào)狀態(tài)下拖至（復(fù)制格式）緊

60、鄰右側(cè)列，完成第（復(fù)制格式）緊鄰右側(cè)列，完成第2 2次運(yùn)算。重復(fù)進(jìn)行，直次運(yùn)算。重復(fù)進(jìn)行，直至所需精度。至所需精度。點(diǎn)擊返回本章首點(diǎn)擊返回本章首食品工程原理食品工程原理6/23/2022化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院123實(shí)驗(yàn)測(cè)出湍流的實(shí)驗(yàn)測(cè)出湍流的后，由動(dòng)量通量公式后，由動(dòng)量通量公式1-261-26知，知，K KT T= =LuLu/ /（2 2d d），此為湍流時(shí)的三傳系數(shù)，用于計(jì)算湍流時(shí)的動(dòng)量），此為湍流時(shí)的三傳系數(shù)，用于計(jì)算湍流時(shí)的動(dòng)量通量，此方法符合教材圖通量，此方法符合教材圖0-10-1歸一主線，屬于用量綱分析規(guī)歸一主線，屬于用量綱分析規(guī)劃實(shí)驗(yàn)并測(cè)定求三傳系數(shù)劃實(shí)驗(yàn)并測(cè)定求三