化工原理流体流动优秀课件.ppt

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1、化工原理流体流动第1 页，本讲稿共16 页l动能：l 单位=l 1kg流体的动能：单位：J/kg l静压能（压强能）：l 1kg流体的静压能l 单位l 在 稳 定 流 动 系 统 中，流 体 只 能 从 截 面1-1 流 入，而 从 截 面22 流 出，因 此 上述 输 入 与 输 出 系 统 的 四 项 能 量，实 际 上 就 是 流 体 在 截 面11 和22 上 所 具 有 的 各 种能量，其中位能、动能及静压能又称为机械能，三者之和称为总机械能或总能量第2 页，本讲稿共16 页l 此外，管路中还装有换热器和泵，则进、出该系统的能量还有：l热Qe:该换热器向1kg流体供应或从1kg流体取

2、出的热量为Qe。单位:J/kg l外 功（净 功）：1kg流 体 通 过 泵（或 其 它 输 逆 设 备）所 获 得 的 能 量。有 时 还 称为有效功，以We 表示，单位J/kg。l 根 据 能 量 守 衡 定 律，连 续 稳 定 流 动 系 统 的 能 量 衡 算 是 以 输 入 的 总 能 量=输 出 总 能 量为依据，流体为基准的能量衡方式：l 令：l l 有增量形式：第3 页，本讲稿共16 页l 二、流动系统的机械能衡算与柏努利方程式l 在 流 体 输 送 过 程 中，主 要 考 虑 各 种 形 式 机 械 能 的 转 换，为 便 于 应 用，要 把 式 中 的 和Qe 消去。l 根

3、据热力学第一定律：l l 总能量衡算式代入：l 又：l 有：l 对不可压缩流体ll 或第4 页，本讲稿共16 页l 对于理想流体，又设无外功加入即 l 简化为：l(柏努利方程)l 三、讨论：l 上式表示理想流体在管内作稳定流动，又无外功加入，则l 任一截面上单位质量流体l 位能+动能+静压能=总机械能=E=常数l 即总机械能相等，但每一种形式的机械能不一定相等，相互间可以转换l 如：理想流体 A u（动能）因E=com，静压能表明一个部分l 静压能转变成动能。l 水平管道 反之：l 稳定流动 A u 动能 静压能l 上式中各项单位为 J/kg，表示单位质量流体所具有的能量。第5 页，本讲稿共1

4、6 页l 应注意区别：l l 是指某截面上流体本身所具有的能量l l l l 指流体在两截面之间所获得和所消耗的能量 l We 是输送设备对单位质量流体所做的有效功，是决定流体输送设备的l 重要数据，设Ne 表示有效功率（单位时间输送设备所做的有效功）l 单位 或Wl对于可压缩流体的流动l 若，可以使用上式；l 对于不稳定流动系统的任一瞬间，上式仍成立。第6 页，本讲稿共16 页l 没有运动l 系统里流体 无阻力 Wf=0 l 保持静止状态 无有效功加入We=0 l如果流体的衡算基准不同，可以有不同形式：lA：以单位重量流体为衡算基准 各项除g：l l 令：l 各 项 单 位 为 表 示 单

5、位 重 量 的 流 体 所 具 有 的 能 量，m虽 是 长度单位，但在这里却反映了一定的物理意义。l 表示单位重量流体所具有的机械能，可以把自身从基准水平面升举的高度。第7 页，本讲稿共16 页l B：以单位体积流体为衡算基准，各项乘以：l 各项单位l 表示单位体积流体所具有的能量，简化后即为压强单位第8 页，本讲稿共16 页l1.3.4 柏努利方程式的应用。l 涉及四个量：:确定容器间的相对位置 u:确定管道中流体的流量l:确定管路中流体中的压强 We:确定输送设备的有效功l确定容器间的相对位置：l 例：用虹吸管从高位槽向反应器加料。l 高位槽与反应器均与大气相通，要求l 料液在管内以1m

6、/s 的速度流动。设料l 液在管内流动时的能量损失为20J/kgl（不包括出口的能量损失），试求：l 高位槽的液面应比虹吸管的出口高出l 多少？第9 页，本讲稿共16 页l 解：取 高 位 槽 液 面 为 上 游 截 面11，虹 吸 管 出 口 内 侧 为 下 游 截 面22，并 以22 为基准水平面，在两截面间列柏努利方程：l l（表压）l 由于11 截面比管道截面大得多 u1=0,u21m/s l 代入方程式，并简化：l l 确定管道中流体的流量确定管路中流体的压强确定输送设备的有效功率第10 页，本讲稿共16 页l 1.4 流体流动现象（流体在管内的流动阻力）l 流 体 在 流 动 过

7、程 中 所 消 耗 的 一 部 分 或 全 部 能 量 是 用 来 克 服 流动 阻 力，因 此 流 动 阻 力 的 计 算 颇 为 重 要。本 节 主 要 讨 论 流 体 流 动 阻 力的产生、影响因素及计算。l 1.4.1 牛顿粘性定律与流体的粘度l 一、牛顿粘性定律：l 结论：l 运 动 着 的 流 体 内 部 相 邻 两 流 体 层 间 的 相 互 作 用 力 称 为 流 体 的 内 摩擦力，是流体粘性的表现，故又称粘滞力或粘性摩擦力。l 流 体 在 流 动 时 的 内 摩 擦，是 流 动 阻 力 产 生 的 依 据，流 体 流 动 时 必须 克 服 内 磨 擦 力 而 作 功，从 而

8、 将 流 体 的 一 部 分 机 械 能 转 变 为 热 而 损 失掉。第1 1 页，本讲稿共16 页l 流体流动时的内摩擦力大小与哪些因素有关？l 实验证明：l 对一定的流体，l 引进比例系数，上式写成等式l 式中内摩擦力F与作用面S 平行。单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以l 有：第12 页，本讲稿共16 页l 二、流体的粘度：l 牛顿粘性定律表达式可改写成：l粘 度 的 物 理 意 义 是 促 使 流 体 流 动 产 生 单 位 速 度 梯 度 的 剪 应 力。粘 度 总 是 与 速 度 梯度相关联，只有在运动时才显现出来。l粘度是流体物理性质之一，其值由实验测定l在t,L,

9、G；压 强P 变 化 时，L基 本 不 变，G变 化 很 小，只 在P 极 高 或极低情况下，才需考虑P 对G的影响。第13 页，本讲稿共16 页l在SI制中，粘度的单位：l 在物理单位制中，粘度的单位为：l l（泊）lP的 单 位 大，以P表 示 流 体 粘 度 时 数 值 很 小，常 用cp（厘 泊）作 单位。l 有l 而l服 从 牛 顿 粘 性 定 律 的 流 体，称 为 牛 顿 型 流 体。所 有 气 体 及 大 多 数 液 体 属此 类。不 服 从 牛 顿 粘 性 定 律 的 流 体，称 为 非 牛 顿 型 流 体。如 某 些 高 分 子 溶 液、胶体及泥浆等均属此类。l 本章只讨论

10、牛顿型流体。第14 页，本讲稿共16 页l1.4.2 流动类型与雷诺准数l 一、雷诺实验：l1883年由雷诺（Reynolds）首先提出（雷诺实验）。第15 页，本讲稿共16 页l 二、雷诺准数：l 单位：l Re准 数 是 一 个 无 因 次 数 群。组 成 此 数 群 的 各 物 理 量，必 须 用 一 致 的 单位 表 示。无 论 采 用 何 种 单 位 制，只 要 数 群 中 各 物 理 量 的 单 位 一 致，所 计算出Re值必相等。l 凡是几个有内在联系的物理量按无因次条件组合起来的数群，称为准数或无因次数群。这种组合并非任意拼凑，一般都是在大量实践的基础上，对影响某一现象或过程的各种因素有了一定认识之后，再用物理分析或数学推演或二者相结合的方法定出来。它既反映了所包含的各物理量的内在关系，又说明某一现象或过程的一些本质。如流体的流动类型，可以用Re值来判断。第16 页，本讲稿共16 页