电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分).ppt

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2、M中山大学化工原理(化工基础)电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)1.4.4 量纲分析法q摩擦阻力的计算，关键是寻求摩擦因数摩擦阻力的计算，关键是寻求摩擦因数的计算。的计算。q问题问题:湍流时影响因素的复杂性湍流时影响因素的复杂性,难以通过难以通过数学方程式直接求解数学方程式直接求解.q解决方法解决方法:须通过实验建立经验关联式须通过实验建立经验关联式因次分析方法。因次分析方法。q优点优点:借助因次分析方法规则组织试验，以借助因次分析方法规则组织试验，以减少试验工作量，并使试验结果整理成便减少试验工作量，并使试验结果整理成便于推广应用的经验关联式。于推广应用的经验关联式。1.4.4 量

3、纲分析法q因次的一致性原则：因次的一致性原则：即每一个物理方程式的两边，不仅数值相即每一个物理方程式的两边，不仅数值相等，而且因次也必须相同。等，而且因次也必须相同。q白金汉（白金汉（BuckinghamBuckingham）定理定理设设影影响响某某一一物物理理现现象象的的独独立立变变量量数数为为n n个个，这这些些变变量量的的基基本本量量纲纲数数为为m m个个，则则该该物物理理现现象象可可用用N N（n nm m）个个独独立立的的量量纲纲为为一一的的量量之间的关系式表示。之间的关系式表示。1.4.4 量纲分析法q湍流时湍流时摩擦阻力系数摩擦阻力系数的影响因素：的影响因素：流体性质：流体性质：

4、，流动的几何尺寸：流动的几何尺寸：d d，（管壁粗糙度）管壁粗糙度）流动条件：流动条件：u u1.4.4 量纲分析法q摩擦因数摩擦因数与管径与管径d d、流速、流速u u、密度、密度、粘、粘度度、管壁粗糙度、管壁粗糙度有关。有关。q将将写成幂指数形式得：写成幂指数形式得：dim =M0T0L0dim d=Ldim u=LT-1 dim =ML-3dim =MT-1L-1dim =L1.4.4 量纲分析法1.4.4 量纲分析法与两个无量纲数组有关。通过实验确定如何计算湍流时的摩擦因数？如何计算湍流时的摩擦因数？常用莫狄图常用莫狄图(Moody)1.4.5 湍流时摩擦因数的计算1.4.5 湍流时摩

5、擦因数的计算莫狄（莫狄（Moody）图）图高度湍流区高度湍流区电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)4.4.高度湍流区高度湍流区:由此决定了工程实际中管道流速不可能太高由此决定了工程实际中管道流速不可能太高讨论讨论:1.1.层流区层流区:随随ReRe增大而减小增大而减小,并不意味着此时阻力随流速增大而并不意味着此时阻力随流速增大而下降，而只是说明在层流时阻力损失正比于速度的一次下降，而只是说明在层流时阻力损失正比于速度的一次.一次方定律一次方定律2.2.过渡区过渡区:3.3.湍流区湍流区:当当/d/d一定时一定时,阻力损失与速度的平方成正比阻力损失与速度的平方成正比 平方定律平方定律1.

6、4.5 湍流时摩擦因数的计算使用时注意适用范围 柏拉修斯（Blasius）式：顾毓珍公式：尼库拉则与卡门公式：1.4.5 湍流时摩擦因数的计算湍流时的关联式（光滑管）1.4.6 局部阻力的计算q当量直径当量直径实验表明，对于非圆形截面的通道，可以实验表明，对于非圆形截面的通道，可以用一个与圆形管直径用一个与圆形管直径d d相当的相当的“直径直径”来代来代替，称作当量直径，用替，称作当量直径，用d de e表示。表示。对于矩形管:对于正方形管:对于圆形管:1.4.6 局部阻力的计算dab当量直径的使用范围？在计算hf及Re的有关表达式中，均可用de代替d不能用de来计算流体通道真实的截面积，流速

7、和流量。1.4.6 局部阻力的计算1.4.6 局部阻力的计算q局部阻力产生原因：局部阻力产生原因：在局部地方，当流体的流速大小或方向发生变化在局部地方，当流体的流速大小或方向发生变化时，产生边界层分离和大量涡流，增大内磨擦，时，产生边界层分离和大量涡流，增大内磨擦，均产生局部阻力。均产生局部阻力。1.4.6 局部阻力的计算q当量长度法当量长度法将流体流过管件或阀门所产生的局部阻力将流体流过管件或阀门所产生的局部阻力损失折合成流体流过相同直径、长度损失折合成流体流过相同直径、长度l le e的直的直管的阻力损失，管的阻力损失，l le e称为管件、阀门的当量长称为管件、阀门的当量长度度1231.

8、4.6 局部阻力的计算q阻力系数法阻力系数法克服局部阻力所引起的压头损失，可表示克服局部阻力所引起的压头损失，可表示成动压头成动压头 的某个倍数的某个倍数局部阻力系数 常见局部阻力的系数大小，由实验测定可查表获得。常见局部阻力的系数大小，由实验测定可查表获得。1.4.6 局部阻力的计算1.4.7流体阻力计算q流体在管内流动的总阻力损失流体在管内流动的总阻力损失管路系统的总阻力损失包括直管阻力损失和所有管件、管路系统的总阻力损失包括直管阻力损失和所有管件、阀门等的局部阻力损失。若管路系统中的管径阀门等的局部阻力损失。若管路系统中的管径d d不变，不变，则总阻力损失为则总阻力损失为减少流减少流动阻

9、力的途径：阻力的途径：管路尽可能短，尽量走直管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯，少拐弯 尽量不安装不必要的管件和尽量不安装不必要的管件和阀门等等管径适当大些管径适当大些或1.直管阻力直管阻力:的的计计算算:(1)层层流流:=64/Re (2)湍流湍流:=f(Re,/d),由查图得到由查图得到.2.局部阻力局部阻力:由当量直径法或阻力系数法计算由当量直径法或阻力系数法计算:或或le/d由由查查表表1-3得到得到.1.4.7 流体阻力计算阻力损失阻力损失hf计算小结计算小结1.4.7 流体阻力计算（举例）1.4.7 流体阻力计算（举例）1.4.7 流体阻力计算（举例）(2)(2)1.4.7 流体阻力

10、计算（举例）(3)(3)管路计算q管路计算是连续性方程、柏努利方程以及管路计算是连续性方程、柏努利方程以及能量损失计算式的具体应用。能量损失计算式的具体应用。连续性方程：连续性方程：柏努利方程：柏努利方程：阻力计算：阻力计算：u1A1=u2A2=qv层流：湍流：查表，等；1.5.1 简单管路计算 q简单管路简单管路 通常指直径相同的管路或不同直径组成的串联管路。通常指直径相同的管路或不同直径组成的串联管路。流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变。则体积流量也不变。整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和整个管路的总能量损

11、失等于各段能量损失之和 。G1,d1G3,d3G2,d21.5.1 简单管路计算 q求流速求流速1.5.1 简单管路计算 89mm3.5mm89mm 3.5mm外径外径壁厚壁厚1.5.1 简单管路计算 u=1.723 m/s1.5.1 简单管路计算 u=1.87 m/sRe=1.53*105(符合)=9.87*10-3 m3/s1.5.1 简单管路计算q求管径求管径1.5.2 适宜管径的选择1 设备费设备费3 总费用总费用 2 动力费动力费管径管径费用费用适宜管径适宜管径q流速流速u的选定的选定适宜流速的选择应根据经济核算确定，通常可可选用用经验数据数据。下表给出了某些流体在管路中的常用流速范

12、围。表某些流体在管路中的常用流速范表某些流体在管路中的常用流速范围流体的类型及情况流体的类型及情况流速范围流速范围/m.s-1流体的类型及情况流体的类型及情况流速范围流速范围/m.s-1自来水（自来水（0.3MPa左右）左右）11.5过热过热蒸汽蒸汽3050水及低粘度液体（水及低粘度液体（0.11.0MPa）1.53.0蛇管、螺旋管内的冷却水蛇管、螺旋管内的冷却水1.0高粘度液体高粘度液体0.51.0低低压压空气空气1215工工业业供水（供水（0.8MPa以下）以下）1.53.0高高压压空气空气1525锅锅炉供水（炉供水（0.8MPa以下）以下）3.0一般气体（常一般气体（常压压）1020饱饱

13、和蒸汽和蒸汽2040真空操作下气体流速真空操作下气体流速101.5.2 适宜管径的选择1.5.3 并联管路计算主管中的流量为并联的各支路流量之和并联管路中各支路的能量损失均相等注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即可，不能重复计算1.5.3 分支管路计算分支管路COABCOAB汇合管路主管中的流量为各支路流量之和分支点处的总压头等于支管出口处的压头加上支管的阻力损失。分支管路与汇合管路 电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)电子课件化学原理第1章 流体流动(第三部分)1.6 流量测量广州江景 1.6.1 孔板流量计 在圆形管道中安装一个圆孔板，圆孔板前、后安装有压差计，这就是孔板流量计。流体通过孔板时，发生节流，流速增大，动压头增大，静压头减少，由静压头的减少值，可以测得管内流体的流速。1.6.2 转子流量计皮托管测速计