流體的流動精品課件

1、流體的流動第1頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四壓強（壓力）N/mPa 1atm1.01325105Pa=760mmHg絕對壓力：符合壓力定義表壓：表壓絕對壓力大氣壓真空度：真空度大氣壓絕對壓力二、流體的壓力第2頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四三、流體的密度液體的密度氣體的密度 （理想氣體）混合液體的密度混合氣體的密度第3頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四1牛頓粘性定律內(nèi)摩擦力F：-比例系數(shù)，動力粘度 速度梯度 令 單位面積上的內(nèi)摩擦力,過稱剪應(yīng)力 單位速度梯度的剪應(yīng)力 四、流體的粘度第4頁，共46頁，2022年，5月20日，

2、11點5分，星期四運動粘度 m2/s由流體的性質(zhì)決定，溫度影響大 混合氣體： 混合液體： 混合物的粘度：第5頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四2牛頓性流體與非牛頓性流體牛頓性流體：符合牛頓粘性定律非牛頓性流體：不符合牛頓粘性定律 流變學研究假塑性液體牛頓性液體漲塑性液體賓漢塑性液體du/dy第6頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四一、流體靜力學基本方程二、流體靜力學基本方程的應(yīng)用壓力測量：U型管液柱壓差計U型管 （*通常充滿待測液體，注意兩接口是否在同一水平線上）倒U型 何時用倒U型管？簡化的U型管2 流體靜力學第7頁，共46頁，2022年，5月20日

3、，11點5分，星期四斜管壓差計 微差壓差計第8頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四液面測定： 確定液封高度第9頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四3 流體動力學一流量與流速1. 流量 體積流量 質(zhì)量流量 2. 流速 平均流速 m/s A為截面積 質(zhì)量流速 Kg/s.m2第10頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四 管徑初選 u在一個合適的范圍內(nèi)焊接鋼管：1/2英寸 外徑21.25mm 公稱直徑 3/4英寸 外徑26.75mm無縫鋼管： 1084mm：外徑108mm，管壁4mm 二穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動 （定常流動和不定常流動） （定態(tài)流動

4、和非定態(tài)流動）流速、壓力等參數(shù)不隨時間變化穩(wěn)定流動 穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動附錄十一第11頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四三連續(xù)性方程無流體損失 質(zhì)量守恒即:例:圖示管路中，流體作穩(wěn)定流動。問：A,B兩截面： （1） 靜壓頭哪個大？為什么？ （2） 體積流量哪個大？為什么？ （3） 質(zhì)量流量哪個大？為什么？ （不計阻力） AB第12頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四四伯努利方程1理想流體的伯努利方程不可壓縮，非粘性 Z1Z21122第13頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四設(shè)在重力場中作定態(tài)流動的理想液體中取一細流管，在其上任取兩位置

5、a和b，它們相應(yīng)的橫截面面積為S1和S2，以這兩個截面之間一段流管內(nèi)的流體作為研究對象。經(jīng)過t時間，這段流體由ab位置流到ab位置，質(zhì)量仍為m。第14頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四流管內(nèi)ab兩端外的壓力對ab段流體作功為由功能原理可得，代入上式，并整理可得 第15頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四2實際流體的伯努利方程單位：m （1） 或 單位：J/kg （2） 外加壓頭 壓頭損失 位壓頭 動壓頭 化工中看作機械能守恒：位能、靜壓能、動能 靜壓頭 看成總機械能的一部分是否合適?如果不合適，說明理由；如果合適，如何理解？第16頁，共46頁，2022

6、年，5月20日，11點5分，星期四3伯努利方程的應(yīng)用注意：單位選合適的研究截面和基準水平面確定用絕壓或表壓 流速和流量的計算 如圖：高位槽水面距出水管垂直距離6m， 流動過程壓頭損失5.7mH2O。 求: 每小時輸水量。解：取11,22為研究截面6.0 0 0 0 0 0 ？ 5.7第17頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四查表， 管外徑75.5mm，壁厚3.75mm第18頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四容器相對位置的計算 例：高位槽和反應(yīng)器均與大氣相通，要求料液1m/s速度流動，管內(nèi)流動能量損失20J/kg（不包括出口能量損失）。求h。解：選11，

7、22為研究截面（22為出口內(nèi)側(cè)）管內(nèi)側(cè)：u(管內(nèi)側(cè))=u（管中） 不考慮出口能量損失管外側(cè)：u（管外側(cè)）0 考慮出口能量損失gh 0 0 0 0 0 已知 20 第19頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四 計算泵所需功率例：用泵將物料送至塔頂 管內(nèi)流動損失為3m液柱，液體進入噴嘴前靜壓為0.3kgf/cm2（表壓）1100kg/m3，進口流速1.5m/s求:所需泵的有效功率 1.5 0 0 ？ 20 3p20.39.81104N/m2 He24.7m液柱第20頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四4 管內(nèi)流體流動現(xiàn)象流體在管內(nèi)流動的速度分布 由粘性引起 存

8、在內(nèi)摩擦力 第21頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四一、流體流動類型與雷諾準數(shù)流速?。簩恿鳎鳎顟B(tài)流速大：紊流（湍流）狀態(tài)2000時 層流4000時 紊流20004000 過渡區(qū)Re 雷諾準數(shù)無因次群（量綱的因次為0）雷諾實驗裝置第22頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四二、流體在圓管內(nèi)的速度分布 1層流時的速度分布第23頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四取一段長為 l，半徑為 r的圓柱體受力分析（水平方向）合力為0 積分 第24頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四邊界條件 rR時 u0拋物線方程 r0時

9、比較上式與 或 的表達式得： (由柏努利方程求得)第25頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四2湍流時的速度分布實驗觀察管內(nèi)流速(經(jīng)驗公式）：3流動邊界層概念流速降為主體流速99%以內(nèi)的區(qū)域邊界層分離第26頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四5 流體流動的阻力一管、管件及閥門管： 普通鋼管：標稱直徑無縫鋼管：AB mm A：外徑 B：壁厚 鑄鐵管、鋁塑管、塑料管、銅管、鉛管 光滑管: 粗糙管: 玻璃管、黃銅管、塑料管 鋼管、鑄鐵管 不銹鋼管絕對粗糙度 相對粗糙度 壁面凸出部分的平均高度，以表示 。絕對粗糙度與管道直徑的比值，即 /d 。第27頁，共46頁，

10、2022年，5月20日，11點5分，星期四管件： 改變管路的方向：彎頭、三通 連接管路支路：三通、四通 改變管路直徑：異徑三通、異徑直通 堵塞管路：絲堵 連接二管：活接頭，管箍第28頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四閥門 :連接方式：承插式連接 焊接 法蘭連接 螺紋連接截斷閥類主要用于截斷或接通介質(zhì)流。閘閥、截止閥、旋塞等 調(diào)節(jié)閥類主要用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力等。 止回閥類用于阻止介質(zhì)倒流 分流閥類用于分離、分配或混合介質(zhì) 安全閥類用于介質(zhì)超壓時的安全保護 第29頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四二流體在直管中的阻力 水平直管 由受力分析得： 令 （

11、量綱1） 摩擦系數(shù)，沿程阻力系數(shù) 則 或范寧公式第30頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四1層流的阻力2湍流的阻力粗糙管 光滑管 經(jīng)驗公式第31頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四查圖P32頁圖 壁面的絕對粗糙度壁面的相對粗糙度層流粗糙管完全湍流u ？第32頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四3非圓形直管的阻力用當量直徑de近似計算當量直徑：流體流經(jīng)管道截面積A的4倍除以濕潤周邊長度對圓形管 對套管 第33頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四三局部阻力進出口、彎頭、閥門、擴大、縮小1阻力系數(shù)法局部阻力系數(shù) 突然擴大

12、： 突然縮小： 流體自容器進入管的入口：=0.5查表 流體自管路進入較大的容器：=1第34頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四四總阻力損失計算l 不一定為總長度 例題: P39 例162當量長度法 le 當量長度 第35頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四6 管路計算一簡單管路（l 包括管件的當量長度） 還應(yīng)包括什么？ 1. 已知管長l, 管徑d,流量qv 求h第36頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四2已知h，l，d求u 或 qv比較計算值與估計值。試差法：先估計一個值，求出u, 再由u求，（計算） 或：先估計一個u值，求出（查出）

13、，計算u, 比較計算值與估計值。第37頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四3已知h，l，qv求d*適宜管徑： 總費用(現(xiàn)值)決定 試差法例17, 18第38頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四二復雜管路1并聯(lián)管路分支、匯合2分支管路*oAB可列與O點相關(guān)的多個伯努利方程第39頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四7 流速與流量的測量一測速管畢托管 由 查 u第40頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四二孔板流量計A0為開孔面積 , C0為流量系數(shù)或： 第41頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四三文丘

14、里流量計文德利管(類似噴嘴)測量氣體時 第42頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四四、轉(zhuǎn)子流量計若轉(zhuǎn)子停留在某處而并將 代入上式得 (伯努利方程)AR為環(huán)隙面積 (隨轉(zhuǎn)子高度變化)CR為流量系數(shù)第43頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四例:1題附圖圖示吸液裝置中，吸入管尺寸為322.5mm, 管的下端位于水面下2m，并裝有底閥及攔污網(wǎng)，該處的局部壓頭損失為8u2/2g。若截面2-2處的真空度為39.2kPa, 由1-1截面至2-2截面的壓頭損失為0.5u2/2g，求：（1）管內(nèi)水的流速，m/s；（2）管中水的流量，m3/h；（3）吸入中1-1 處的表壓。第44頁，共46頁，2022年，5月20日，11點5分，星期四例: 用一高位槽向外供水，設(shè)高位槽內(nèi)水深1m（恒定），下接9m垂直管，再接一段水平管