大学课件-化工原理-第1章流动5.PPT

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1、作业中存在的问题： 管内径=管外径-2管壁厚 常用的表示方法：,小结：,两种稳定的流动状态：层流、湍流 判据： 圆形直管中 Re2000 稳定的层流 Re 4000 稳定的湍流 2000 Re 4000 不稳定的过渡流,1. 流体流动的类型,2. 直圆管内流体的流动,(1) 剪应力分布,适用于层流或湍流,层流时剪应力分布：,（2） 层流的速度分布,（3） 湍流时的速度分布和剪应力,剪应力：,速度分布：,3 边界层概念,（1）边界层的形成条件 流动 实际流体 流过固体表面 （2）形成过程 （3）特征： 层内、层外 （4）流动边界层的发展：圆管中 （5）流动边界层的分离：条件、后果,1.4.5 流

2、体流动阻力计算 1 流体阻力的表示方法,流体阻力损失三种表达形式:,阻力损失与压力差的区别： Pf流体流经两截面间的机 械能损失； P任意两点间的压力差。,kJ/kg,m,Pa,阻力损失与压力差的的关系：,当 We=0, z=0, u=0 时：,管路中的流动阻力=直管阻力+局部阻力 直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生 局部阻力：由于速度的大小或方向的改变而引起,2 圆形直管内的阻力损失 (1) 范宁公式 流体流动阻力-流体与壁面间的摩檫力,J/kg,m,Pa,* 层流时的摩擦系数及Hangen-Poiseuille方程,(2) 摩擦系数,Hangen-Poiseuille方程,* 湍流条

3、件下的摩擦系数 影响因素复杂，一般由实验确定。 影响因素： 几何尺寸及形状； 表面情况 ； 流体的物性，如 密度，粘度等； 流速的大小。 利用量纲分析法可以得到：,式中 粗糙度 相对粗糙度,* 摩擦系数图,* 摩擦系数图 层流区 Re2000 过渡区 2000Re4000 湍流区： Re4000 不完全湍流区 完全湍流区 （阻力平方区）,* 摩擦因子变化规律分析 粗糙度对的影响： 层流时：绕过突出物，对无影响。 湍流时： 当Re较小时，层流底层厚，形体阻力小，突出物对的影响小； 当高度湍流时，层流底层薄，突出物充分暴露，形成较大的形体阻力，突出物对的影响大。,* 用公式求取摩擦系数 p47,B

4、lasuis公式,3 非圆直管中流动阻力,几种常见非圆管的当量直径 1）矩形流道 2）环形流道,3）三角形流道的当量直径,4 局部阻力 指： 产生原因：,管件、阀门、测量接口、管进出口段,形体阻力,Elbow(弯头) Bushing(大小接头) Coupling(管接头) Plain Tee(三通) Plug (堵头) Reducer(大小头),Typical screwed pipe fittings,Typical screwed pipe fittings,Nipples (管接头) Reducing street Elbow (变径弯头) Union (活接头),Typical fla

5、nged fittings,Blind flange (盲板) Screwed flange (螺纹法兰) Slip-on flange(凸缘法兰),Typical flanged fittings,Elbow Tee Lateral Taper reducer,计算方法：,实验，归纳出经验公式,式中 ： le-当量长度,式中： -局部阻力系数,le及的获得：实验, 见有关资料。书P51-53,特例：1、突然扩大 2、突然缩小,管口内 管口外,（1）等径管总阻力计算,5 系统的总阻力 系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力,(2) 变径管总阻力计算,变径管d,u,不同，需分段计算阻力,1.4.6

6、 量纲分析,量纲 (Dimension) length L time T mass M temperature - ,M, L, T, L, F, T, M, L, T, F, ,Velocity has the dimensions of length divided by time. L/T,量纲 & 单位 一个物理量只有一个量纲,可能有多个单位units. eg. Dimension unit length L m, cm, mm ,km, ft time T s, min, hrs mass M kg lb (pound) temperature K, F, C,Basic and D

7、erived,量纲: L, T, M, 其他的物理量由基本量纲表示,Velocity: Acceleration: Force:,单位(Unit),SI- System International Units cgs most of the physical properties determined in lab fps foot-pound-second system Engineering unit used in industry,SI cgs fps eng. L m cm ft cm ft M kg g lb kgf.s2/cm slug T s s s s(hr) s(hr) K

8、(kelvin) C C(F) C(F) C(F) F N dyn pdl kgf lbf,单位换算,1kg1kgf Mass:1lb=0.454kg Length: 1ft=30.48cm =0.03048m Temperature: C=K- 273.15 C=(F-32) (5/9) Force: 1N=105dyn, 1pdl=0.318N Energy: 1cal=4.178J 1erg=10-7J Power: 1hp=745w Pressure: 1atm=1.033kgf/cm2=1.013105Pa , 1 bar=100 kN/m2 1mH2O=9.807 kN/m2, 1

9、mmHg=0.133 kN/m2 1at=98.07 kN/m2 1dyn/cm2=0.1 N/m2,1.4.6 量纲分析,流动阻力,量纲分析方法：减少实验工作量、实验结果推广应用,一般实验方法：实验量大、实验结果不能推广应用,（1）量纲分析的理论基础：物理方程中的各项都具有相 同的量纲，即量纲一致的原则。,（2）定理：,N-量纲为一数群的数目； n-物理量的数目； m-表达物理量的基本量纲数目。,流动阻力,表示成为幂函数,（3）量纲分析方法：,n=7 m =3 则 N =4,若设b、q、i为已知，则,Eu-欧拉数,Re和Eu的物理意义：,* 无量纲数群的组合不唯一， * 建立在对过程的基本分

10、析基础上， * 不能代替实验， 具体函数关系由实验获得， * 其根本作用，是减少实验工作量。,对量纲分析法的认识,1.5 管路计算,基本内容: 设计型计算、操作型计算 （1）设计型计算 对于给定的生产任务、流量、操作条件，位头，压头，现场情况，设计管路，计算外加功率。 管路设计目标：保证稳定安全生产的前提下，使总费用最低。,（2）操作型计算 已知管路情况和操作条件，生产能力或核算外加功率是否够用。 （3）计算依据 1） 连续性方程 2） 机械能衡算方程 3） 阻力损失计算,设计型计算步骤 1）选择流速 * 经济流速(适宜流速) 书P64表1.5.1 总费用 = 操作费 + 设备费,（4）计算方

11、法,原则：先保证安全稳定生产，再使总费用最低 常见流体，选常用的流速范围， 燃易爆流体，不超过安全流速。,2）确定管径,3）计算外加功 4）校核 设计型计算实例-书P63例1.5.1,按标准圆整，重新计算管内流速,操作型计算的试差的方法,1.5.1 简单管路 指：管径相同，无分支的管路， 但可以弯曲(有局部阻力) 特点：稳态时，流速恒定、流量恒定,简单管路系统特性分析： 质量流量 体积流量 (不可压缩流体) 阻力损失,1.5.2 复杂管路 (1) 串联管路 特点：管径不同，但无分支； 稳态时，不同管段流速不同； 系统阻力计算，需分段计算，再加和。,(2) 分支管路 1）质量流量,2） 机械能衡

12、算式 （a）总管支管,（b）各支管间关系,3）流量分配 与各支管的阻力有关，并相互影响。 应用连续性方程计算,(3) 并联管路 指：分支点和汇合点， 是各分支的公共点。 1）质量流量 2）总机械能衡算,问题：RA-B用一个分支，还是各分支加和 结论：并联管路，各支路阻力相等 = 总阻力 并联段，只能计入一个支路的阻力损失。,并联管路特点： 流量 阻力,3）流量分配 问题：各支管，流量是否相同,流量分配：,* 对上述公式的认识-随阻力计算方法变化 * 问题：如何求i,方法：试差法,1.5.3 可压缩流体的流动（自学） 可压缩流体：多指气体 工程处理：,处理方法，见书P69-73,作业：p88 20 、 22、 23,1、流动阻力产生的外因和内因； 2、流动类型及判据； 3、如何看待过渡流； 4、湍流的特征； 5、强化传递过程的流动条件； 6、降低阻力损失的流动条件； 7、层流和湍流时，剪应力和速度分布。,? 思考,