流体输送与传热技术 (2).ppt

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1、流体输送与传热技术1现在学习的是第1页，共27页2流量流量流量流量在单位时间内流过有效截面积的流体的量。在单位时间内流过有效截面积的流体的量。在单位时间内流过有效截面积的流体的量。在单位时间内流过有效截面积的流体的量。体积流量（体积流量（体积流量（体积流量（）：）：）：）：质量流量（质量流量（质量流量（质量流量（）：）：）：）：平均流速平均流速平均流速平均流速体积流量与有效截面积之比值。体积流量与有效截面积之比值。体积流量与有效截面积之比值。体积流量与有效截面积之比值。用用用用 v v 表示表示表示表示。一、流量、流速一、流量、流速一、流量、流速一、流量、流速适宜流速适宜流速：水及低粘度液体的

2、流速为13m/s，一般常压气体流速为10m/s,饱和蒸汽流速为2040 m/s 第一节第一节 研究流动运动的常用概念研究流动运动的常用概念 现在学习的是第2页，共27页按照流体性质划分：按照流体性质划分：按照流体性质划分：按照流体性质划分：可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；理想流体的流动和粘性流体的流动；牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；牛顿流体的流

3、动和非牛顿流体的流动；牛顿流体的流动和非牛顿流体的流动；按照流动特征区分：按照流动特征区分：按照流动特征区分：按照流动特征区分：有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动；有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动；有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动；有旋流动和无旋流动；层流流动和湍流流动；定常流动和非定常流动；定常流动和非定常流动；定常流动和非定常流动；定常流动和非定常流动；超声速流动和亚声速流动；超声速流动和亚声速流动；超声速流动和亚声速流动；超声速流动和亚声速流动；按照流动空间区分：按照流动空间区分：按照流动空间区分：按照流动空间区分：内部流动和外部流动；内部流动和外部流动；内部流动和外部流

4、动；内部流动和外部流动；一维流动、二维流动和三维流动；一维流动、二维流动和三维流动；一维流动、二维流动和三维流动；一维流动、二维流动和三维流动；二、流动分类二、流动分类二、流动分类二、流动分类3现在学习的是第3页，共27页定常流动、非定常流动定常流动、非定常流动定常流动、非定常流动定常流动、非定常流动（steady and unsteady flowsteady and unsteady flow)非定常流动：非定常流动：非定常流动：非定常流动：定常流动：定常流动：定常流动：定常流动：现在学习的是第4页，共27页迹线迹线迹线迹线 流体质点的运动轨迹线。流体质点的运动轨迹线。流体质点的运动轨迹线

5、。流体质点的运动轨迹线。属拉格朗日法的研究内容。属拉格朗日法的研究内容。属拉格朗日法的研究内容。属拉格朗日法的研究内容。烟线烟线烟线烟线/脉线脉线脉线脉线/条文线条文线条文线条文线 三、三、三、三、迹线和流线迹线和流线迹线和流线迹线和流线5现在学习的是第5页，共27页流线流线流线流线 速度场的矢量线。速度场的矢量线。速度场的矢量线。速度场的矢量线。任一时刻任一时刻任一时刻任一时刻t t t t，曲线上每一点处的切向量，曲线上每一点处的切向量，曲线上每一点处的切向量，曲线上每一点处的切向量 都与该点都与该点都与该点都与该点的速度向量的速度向量的速度向量的速度向量 相切。相切。相切。相切。流线微分

6、方程：流线微分方程：流线微分方程：流线微分方程：6现在学习的是第6页，共27页流线的几个性质流线的几个性质流线的几个性质流线的几个性质：uu 在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，在定常流动中，流线不随时间改变其位置和形状，流线和迹线重合。在非定常流动中，由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是在不停地变化的。由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是在不停地变化的。由于各空间点上速度随时间变

7、化，流线的形状和位置是在不停地变化的。由于各空间点上速度随时间变化，流线的形状和位置是在不停地变化的。uu 流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。流线不能彼此相交和折转，只能平滑过渡（一般情况）。uu 流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小。迹线和流线的差别迹线和流线的差别迹线和流线的差别迹线和

8、流线的差别：迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与Lagrange观点对应；观点对应；观点对应；观点对应；流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线，与Euler观点对应。观点对应。观点对应。观点对应。7现在学习的是第7页，共27页A1，A2为总流上的任意两个截面为总流上的任意两个截面和和和和 分别表示两个截面上的平均流速

9、，并将截面取为有效截面：分别表示两个截面上的平均流速，并将截面取为有效截面：分别表示两个截面上的平均流速，并将截面取为有效截面：分别表示两个截面上的平均流速，并将截面取为有效截面：对于对于对于对于不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体：一维定常流动积分形式的连续性方程一维定常流动积分形式的连续性方程一维定常流动积分形式的连续性方程一维定常流动积分形式的连续性方程 方程表明方程表明方程表明方程表明：在定常管流中的任意有效截面上，流体的质量流量等于常数。：在定常管流中的任意有效截面上，流体的质量流量等于常数。：在定常管流中的任意有效截面上，流体的质量流量等于常数。：在定常管流中的任意有效

10、截面上，流体的质量流量等于常数。方程表明方程表明方程表明方程表明：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流量等于常数。：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流量等于常数。：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流量等于常数。：对于不可压缩流体的定常一维流动，在任意有效截面上体积流量等于常数。在同一总流上，在同一总流上，在同一总流上，在同一总流上，流通流通流通流通截面积大截面积大截面积大截面积大的截面上的截面上的截面上的截面上流速小流速小流速小流速小，在流通，在流通，在流通，在流通截面积小截面积小截面积小截面积小截面上截面上截面上截面上流速大流速大流速

11、大流速大。一元流动总流的连续性方程一元流动总流的连续性方程一元流动总流的连续性方程一元流动总流的连续性方程：第二节第二节 连续性方程连续性方程 8现在学习的是第8页，共27页例题例题1 1：旋风除尘器，：旋风除尘器，A2=100mm*20mm,A2=100mm*20mm,d1=100mm,v2=12m/s d1=100mm,v2=12m/s 求求v1=?v1=?解：解：现在学习的是第9页，共27页 无黏流体无黏流体微元体在质量力和表面力的作用下产生的加速度微元体在质量力和表面力的作用下产生的加速度 ，根据牛顿第二，根据牛顿第二定律定律 ：两端同除以微元体的质量两端同除以微元体的质量 ,并整理有

12、：并整理有：写成矢量式：写成矢量式：第三节第三节 流体的运动微分方程流体的运动微分方程 现在学习的是第10页，共27页对于不可压缩粘性流体，粘性体膨胀应力为零，其运动方程为：上式称纳维斯托克斯（纳维斯托克斯（Navier-Stokes）方程）方程。现在学习的是第11页，共27页对理想流动，认为流体无粘性，这时运动方程简化为欧拉方程：或矢量形式：现在学习的是第12页，共27页 当流体静止不动时，则运动方程简化为：现在学习的是第13页，共27页每1kg流体具有的内能U、位势能zg、动能1/2u2、压力能pv或p/、输入工、换热量满足总能量守衡。qe考虑考虑 机械能转化为热，过程不可逆，记为机械能损

13、失机械能转化为热，过程不可逆，记为机械能损失第四节第四节 伯努利方程伯努利方程 现在学习的是第14页，共27页两边同除以g -考虑能量输入黏性流体流动的伯努利方程考虑能量输入黏性流体流动的伯努利方程令 位压头、动压头和静压头-理想流体流动的伯努利方程理想流体流动的伯努利方程现在学习的是第15页，共27页水头：位置，压力，速度 三、伯努利方程的能量意义和几何意义三、伯努利方程的能量意义和几何意义三、伯努利方程的能量意义和几何意义三、伯努利方程的能量意义和几何意义摩擦损失 现在学习的是第16页，共27页有效功率实际消耗的功率流体输送机械的效率。现在学习的是第17页，共27页求：ps =?例题例题例

14、题例题2:2:2:2:水流水流解：理想流动伯努利方程则 伯努利方程的应用举例伯努利方程的应用举例伯努利方程的应用举例伯努利方程的应用举例现在学习的是第18页，共27页例题例题例题例题3 3 3 3求：Q =?水管流动已知平均流速解：忽略流动损失所以因现在学习的是第19页，共27页管内流速分布管内流速分布管内流速分布管内流速分布充分发展层流弯管管内充分发展湍流现在学习的是第20页，共27页已知:从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。452.5mm，送液量为3.6m3/h。压头损失为1.2m（不包括出口能量损失），问:h=？例题4，容器间相对位置的计算容器间相对位置的

15、计算解解：u10；p1=0（表压）；He=0 z2=0；p2=0（表压）；hf=1.2m m/s现在学习的是第21页，共27页利用喷射泵输送氨。稀氨水的质量流量1104kg/h，密度1000kg/m3，入 口 表 压147kPa。管 道 内 径53mm，喷嘴出口内径13mm，喷嘴能量损失忽略不计，求喷嘴出口处的压力。例题5，管内流体压力的计算管内流体压力的计算解解：z1=z2；p1=147103 Pa（表压）；We=0；Wf=0 m/s代入伯努利公式 p2=71.45 kPa（表压）现在学习的是第22页，共27页将敞口碱液池中碱液（密度1100kg/m3）输送至吸收塔顶。泵 入 口 管径 10

16、84mm，流 速 为1.2m/s，出 口763mm。贮液池中碱液深度1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处垂直距离20m。管路能量损失30.8J/kg（不包括喷嘴），喷嘴入口处压力29.4kPa（表压）。泵效率60%，求泵所需的功率。例题6，流体输送机械功率的计算流体输送机械功率的计算解解：z1=1.5m,z2=20m;p1=0;u10;Wf=30.8J/kg;p2=29.4103 Pa（表压）,=1100 kg/m3 m/s代入公式现在学习的是第23页，共27页一、毕托管一、毕托管一、毕托管一、毕托管 测量流速测量流速测量流速测量流速 沿流线沿流线沿流线沿流线B A 列伯努利方程：列伯努利方程：列伯

17、努利方程：列伯努利方程：测压管测压管测压管测压管皮托管皮托管皮托管皮托管驻点，测总压驻点，测总压驻点，测总压驻点，测总压测静压测静压测静压测静压总压和静压之差总压和静压之差总压和静压之差总压和静压之差 称为动压。称为动压。称为动压。称为动压。法国人法国人法国人法国人皮托，皮托，皮托，皮托，17731773年年年年动压管动压管动压管动压管工工工工程程程程实实实实际际际际中中中中常常常常将将将将静静静静压压压压管管管管和和和和毕毕毕毕托托托托管管管管组组组组合合合合在在在在一一一一起起起起，称称称称为毕托静压管或者为毕托静压管或者为毕托静压管或者为毕托静压管或者动压管动压管动压管动压管。第五节第五

18、节 测量流速和流量的仪器测量流速和流量的仪器实际：实际：实际：实际：C C C C是修正系数是修正系数是修正系数是修正系数24现在学习的是第24页，共27页二二二二 文丘里流量计文丘里流量计文丘里流量计文丘里流量计 测量管道中的流量测量管道中的流量测量管道中的流量测量管道中的流量 测测测测量量量量原原原原理理理理：测测测测量量量量截截截截面面面面1 1 1 1和和和和喉喉喉喉部部部部截截截截面面面面2 2 2 2处处处处的的的的静静静静压压压压强强强强差差差差，根根根根据据据据测测测测得得得得的的的的压压压压强强强强差差差差和和和和已已已已知知知知的的的的管管管管子子子子截截截截面面面面积积积

19、积，应应应应用用用用伯伯伯伯努努努努里里里里方方方方程程程程和和和和连连连连续续续续性性性性方方方方程程程程，就可以求得流量。就可以求得流量。就可以求得流量。就可以求得流量。连续性方程：连续性方程：连续性方程：连续性方程：伯努利方程：伯努利方程：伯努利方程：伯努利方程：联立求解：联立求解：联立求解：联立求解：-修正系数，修正系数，实验标定实验标定实验标定实验标定。设：设：设：设：实际实际实际实际25现在学习的是第25页，共27页孔板流量计现在学习的是第26页，共27页第六节第六节 动量方程及其应用动量方程及其应用一一一一.定常流动总流的定常流动总流的定常流动总流的定常流动总流的动量方程动量方程

20、动量方程动量方程 用于用于用于用于工程实际中求解流体与固体之间的作用力工程实际中求解流体与固体之间的作用力工程实际中求解流体与固体之间的作用力工程实际中求解流体与固体之间的作用力方方方方程程程程表表表表明明明明：在在在在定定定定常常常常管管管管流流流流中中中中，作作作作用用用用于于于于管管管管流流流流控控控控制制制制体体体体上上上上的的的的所所所所有有有有外外外外力力力力之之之之和和和和等等等等于于于于单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内管管管管子子子子流出断面上流出的动量和流入断面上流入的动量之差。流出断面上流出的动量和流入断面上流入的动量之差。流出断面上流出的动量和流入断面上流入的动量之差。流出断面上流出的动量和流入断面上流入的动量之差。27现在学习的是第27页，共27页