化工原理上冊(cè)課件化工原理第一章-流體流動(dòng)-(3)課件

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第一章流體流動(dòng)1.4流體流動(dòng)的基本方程1.4.1總質(zhì)量衡算-連續(xù)性方程1.4.2總能量衡算方程 2三、對(duì)伯努利方程的討論 式1-38表明，理想流體在管路中作定態(tài)流動(dòng)而又無(wú)外功加入時(shí)，在任一截面上單位質(zhì)量流體所具有的總機(jī)械能相等，換言之，各種機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化，但其總量不變。1.(1-38a)能量轉(zhuǎn)換063三、對(duì)伯努利方程的討論 2.有效功率：輸送機(jī)械在單位時(shí)間內(nèi)所作的有效功稱(chēng)為有效功率，用下式計(jì)算

(1-39)4三、對(duì)伯努利方程的討論 3.伯努利方程的其他形式：將的各項(xiàng)均除以重力加速度g

令式1-38變?yōu)榛?1-40)(1-40a)5(1-40a)位頭速度頭動(dòng)壓頭壓力頭壓頭損失總壓頭外加壓頭三、對(duì)伯努利方程的討論 64.若流動(dòng)中既無(wú)外加壓頭又無(wú)壓頭損失，則任一截面上的總壓頭為常數(shù)三、對(duì)伯努利方程的討論 75.如果流體靜止，流體靜止僅是流體運(yùn)動(dòng)的特例。三、對(duì)伯努利方程的討論 8

第一章流體流動(dòng)1.4流體流動(dòng)的基本方程1.4.1總質(zhì)量衡算-連續(xù)性方程1.4.2總能量衡算方程1.4.3機(jī)械能衡算方程的應(yīng)用

9在應(yīng)用機(jī)械能衡算方程與質(zhì)量衡算方程解題時(shí)，要注意下述幾個(gè)問(wèn)題：1.衡算范圍的劃定2.控制面的選取3.基準(zhǔn)面的確定4.單位一致性機(jī)械能衡算方程的應(yīng)用10

第一章流體流動(dòng)1.5動(dòng)量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動(dòng)量傳遞本節(jié)目的：分析阻力產(chǎn)生的根源11層流—分子動(dòng)量傳遞

對(duì)于牛頓型不可壓縮流體的層流流動(dòng)，牛頓定律可以寫(xiě)成(1-43)考察式1-43各項(xiàng)物理量的因次：12單位時(shí)間通過(guò)單位面積的動(dòng)量，稱(chēng)為動(dòng)量通量(momentumflux)

單位體積具有的動(dòng)量，稱(chēng)為動(dòng)量濃度

層流—分子動(dòng)量傳遞13為動(dòng)量濃度梯度稱(chēng)為動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)（momentumdiffusivity）

層流—分子動(dòng)量傳遞14用文字表述為：分子動(dòng)量通量=動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)×動(dòng)量濃度梯度(1-43)據(jù)此可將式1-43層流—分子動(dòng)量傳遞15

第一章流體流動(dòng)1.5動(dòng)量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動(dòng)量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞16一、湍流的特點(diǎn)與表征1、質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)2、湍流的流動(dòng)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層流3、由于質(zhì)點(diǎn)的高頻脈動(dòng)與混合，使得在與流動(dòng)垂直的方向上流體的速度分布較層流均勻。湍流的特點(diǎn)17圖1-14圓管中流體的速度分布一、湍流的特點(diǎn)與表征181.時(shí)均量與脈動(dòng)量圖1-15湍流中的速度脈動(dòng)一、湍流的特點(diǎn)與表征19除流速之外，湍流中的其它物理量，如溫度、壓力、密度等等也都是脈動(dòng)的，亦可采用同樣的方法來(lái)表征。一、湍流的特點(diǎn)與表征從上圖可知,以x方向?yàn)槔}動(dòng)速度(fluctuationvelocity)瞬時(shí)速度(instantaneousvelocity)時(shí)均速度(timemeanvelocity)20

x方向的時(shí)均速度定義為：一、湍流的特點(diǎn)與表征212．湍流強(qiáng)度湍流強(qiáng)度是表征湍流特性的一個(gè)重要參數(shù)，其值因湍流狀況不同而異。例如，流體在圓管中流動(dòng)時(shí)，I值范圍為0.01～0.1，而對(duì)于尾流、自由射流這樣的高湍動(dòng)情況下，I值有時(shí)可高達(dá)0.4。

湍流強(qiáng)度的定義：

一、湍流的特點(diǎn)與表征22二、雷諾應(yīng)力與渦流傳遞 湍流時(shí)的動(dòng)量傳遞不再服從牛頓黏性定律。但仍可以牛頓黏性定律的形式表達(dá)(1-48)渦流動(dòng)量通量＝渦流動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)X時(shí)均濃度梯度湍流應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）23湍流流動(dòng)中的總動(dòng)量通量可表示為（1-49）：渦流運(yùn)動(dòng)黏度(eddyviscosity)或渦流動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)(eddydiffusivity)，m2/s。渦流運(yùn)動(dòng)黏度不是流體物理性質(zhì)的函數(shù)，而是隨湍流強(qiáng)度、位置等因素改變。二、雷諾應(yīng)力與渦流傳遞 24

第一章流體流動(dòng)1.5動(dòng)量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動(dòng)量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞1.5.3邊界層與邊界層分離現(xiàn)象25一、邊界層的形成與發(fā)展遠(yuǎn)離壁面的大部分區(qū)域壁面附近的一層很薄的流體層實(shí)際流體與固體壁面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度變化很小可視為理想流體必須考慮粘性力的影響，由于流體的粘性作用，存在速度梯度26圖1-17平板壁面上的邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展27層流邊界層過(guò)渡區(qū)湍流邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展邊界層壁面附近速度梯度較大的流體層主流區(qū)邊界層之外，速度梯度接近于零的區(qū)域邊界層28湍流邊界層層流內(nèi)層或?qū)恿鞯讓泳彌_層湍流主體或湍流核心速度梯度大居中小一、邊界層的形成與發(fā)展29一、邊界層的形成與發(fā)展由層流邊界層開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟吔鐚拥木嚯x。臨界距離依照雷諾數(shù)定義臨界雷諾數(shù)臨界距離所對(duì)應(yīng)的30對(duì)于光滑的平板壁面，臨界雷諾數(shù)的范圍為一、邊界層的形成與發(fā)展31管內(nèi)流動(dòng)邊界層圖1-18圓管內(nèi)的流動(dòng)邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展32可將管內(nèi)的流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域：一是邊界層匯合以前的流動(dòng)，稱(chēng)之為進(jìn)口段流動(dòng)；另一是邊界層匯合以后的流動(dòng)，稱(chēng)之為充分發(fā)展了的流動(dòng)。對(duì)于層流，進(jìn)口段長(zhǎng)度可采用下式計(jì)算(1-53)一、邊界層的形成與發(fā)展進(jìn)口段長(zhǎng)度33二、邊界層分離與形體阻力邊界層的一個(gè)重要特點(diǎn)是，在某些情況下，會(huì)出現(xiàn)邊界層與固體壁面相脫離的現(xiàn)象。此時(shí)邊界層內(nèi)的流體會(huì)倒流并產(chǎn)生旋渦，導(dǎo)致流體的能量損失。此種現(xiàn)象稱(chēng)為邊界層分離，它是黏性流體流動(dòng)時(shí)能量損失的重要原因之一。產(chǎn)生邊界層分離的必要條件是：流體具有黏性和流動(dòng)過(guò)程中存在逆壓梯度。34圖1-19邊界層分離示意圖二、邊界層分離與形體阻力分離點(diǎn)35

第一章流體流動(dòng)1.5動(dòng)量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流—分子動(dòng)量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞1.5.3邊界層與邊界層分離現(xiàn)象1.5.4

動(dòng)量傳遞小結(jié)36動(dòng)量傳遞小結(jié)由于流體的粘性，當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部存在著剪切應(yīng)力。該剪切應(yīng)力是流體分子在流體層之間作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)從而進(jìn)行動(dòng)量交換所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦的宏觀表現(xiàn)，分子的這種摩擦與碰撞將消耗流體的機(jī)械能。在湍流情況下，除了分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)要消耗能量外，流體質(zhì)點(diǎn)的高頻脈動(dòng)與宏觀混合，還要產(chǎn)生比前者大得多的湍流應(yīng)力，消耗更多的流體的機(jī)械能。這二者便是摩擦阻力產(chǎn)生的主要根源。37另一方面，當(dāng)產(chǎn)生邊界層分離時(shí)，由于逆壓作用的結(jié)果，流體將發(fā)生倒流形成尾渦，在尾渦區(qū)，流體質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈碰撞與混合而消耗能量。這種由于局部產(chǎn)生倒流和尾渦以及壓力分布不均所造成的能量損失稱(chēng)為形體阻力或局部阻力。動(dòng)量傳遞小結(jié)38練習(xí)題目思考題作業(yè)題:12、13、151.在應(yīng)用機(jī)械能衡算方程解題時(shí)需要注意哪些問(wèn)題？2.湍流用那些量來(lái)表征？3.流體在固體壁面上產(chǎn)生邊界層分離的必要條件時(shí)什么？試通過(guò)邊界層分離現(xiàn)象分析形體阻力（局部阻力）產(chǎn)生的原因。賣(mài)油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個(gè)小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初步把握人物形象。2、學(xué)會(huì)利用文中關(guān)鍵詞句分析人物形象。3、體會(huì)文章所揭示的深刻道理。故事發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件的起因、經(jīng)過(guò)和結(jié)果要復(fù)述清楚。看圖復(fù)述課文內(nèi)容自學(xué)指導(dǎo)(一)1、作者運(yùn)用哪幾種方法去刻畫(huà)人物的形象？從文中找出具體句子進(jìn)行分析。并說(shuō)說(shuō)你是如何看待這兩個(gè)人物的。2、從這個(gè)故事中你懂得了什么道理？自學(xué)指導(dǎo)(二)陳堯咨（善射）賣(mài)油翁（善酌）動(dòng)作神態(tài)語(yǔ)言睨之無(wú)他，但手熟爾以我酌油知之我亦無(wú)他，惟手熟爾汝亦知射乎吾射不亦精乎爾安敢輕吾射釋擔(dān)而立但微頷之取置覆酌瀝性格:自矜（驕傲）謙虛對(duì)比道理:熟能生巧,即使有什么長(zhǎng)處也不必驕傲自滿(mǎn)。忿然笑而遣之笑而遣之1、聯(lián)系生活、學(xué)習(xí)，說(shuō)說(shuō)熟能生巧的事例。

2、你認(rèn)為一個(gè)人應(yīng)該如何看待自己的長(zhǎng)處？又如何看待他人的長(zhǎng)處？課外延伸人外有人，天外有天。取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短。自滿(mǎn)人十事九空，虛心人萬(wàn)事可成。謙受益，滿(mǎn)招損。三人行，必有我?guī)熝伞衿渖普叨鴱闹?，其不善者而改之。驕傲自滿(mǎn)是我們的一座可怕的陷阱；而且，這個(gè)陷阱是我們自己親手挖掘的。

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老舍

尺有所短；寸