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第三章

單 元 操 作. 第三章. 流體流動現象. 單 元 操 作. z. y. x. 流體流動. 一維流動 速度是一種向量 通常有三 度 分量 流體 流動取近乎平行之分向量為其速度向量. 流體力學. 探討流體受力與變形的關係以及產生的運動。 流體在 shear stress 的作用下 , 會連續發生形變 ,( 無論 shear stress 多小 ). 單 元 操 作. 剪應力 (Shear Stress). Fs(Shear Force). τ=Fs/As ( N / ).

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  1. 單元操作 第三章 流體流動現象

  2. 單元操作 z y x 流體流動 • 一維流動 速度是一種向量 通常有三度分量 流體流動取近乎平行之分向量為其速度向量

  3. 流體力學 • 探討流體受力與變形的關係以及產生的運動。 • 流體在shear stress的作用下,會連續發生形變,(無論shear stress多小)

  4. 單元操作 剪應力(Shear Stress) Fs(Shear Force) • τ=Fs/As ( N / ) -Fs 動量傳遞方向

  5. 剪應力與形變 對shear force 引起的變形,用angular deformation( a)定義之。 Deformation 的大小與shear force 的大小有關. shear force 維持不變,則a (angular deformation)亦不隨時間變

  6. t = 0 剪應力與速度變化 t = dt B 點之位移 dl = (u+du-du)dt = du dt

  7. 單元操作 速度梯度 (velocity gradient) • 流體流動受器壁影響 • 器壁界面，速度u為0 • 隨著離器壁距離y，速度u漸增

  8. 單元操作 黏度 (Viscosity)定義 • 層流(Laminar) 層流時 牛頓流體　µ為常數不隨速度而變 非牛頓流體

  9. 單元操作 黏度 (Viscosity) • 黏度 之單位 (Poise) 1cp = 0.01P = 0.001Pa-s 1mPa-s = 62.41b / ft-s • 氣體黏度 大部分氣體μ在0.01---0.1cP 間 • 氣體黏度 隨溫度上升 • 液體黏度 隨溫度下降 隨壓力上升 　　水 0℃ 1.79cP---100℃ 0.28cP

  10. 單元操作 剪應力與壓力 • τ=Fs/As ( N / m2) • P=F/A(N/m2) Fs(Shear Force) F 1 N/m2≣ 1Pa =1000mPa 1 atm=1.01x105Pa

  11. 單元操作 流體流過器壁 • 流體流動受器壁影響 • 產生速度梯度(velocity gradient) 剪應力(Shear Stress) Δu 束縛層(Boundry Layer) Δy • 理想流體(Potential flow) • 無黏度 無摩擦 無漩渦

  12. 單元操作 層流與亂流 • 層流(Laminar)： 低速度的流體，流動為單一向量 離器壁等距離之每一層分子，有相同的速度 • 亂流(Turbulence) 高速度的流體，流動出現亂流與渦流，導致不同距離分子之混合 可視為一層層之漩渦（eddy），有相同的速度 • 漩渦（eddy）

  13. Eddy 之動量傳遞 • 分子在不同Y距離分向量造成動量傳遞

  14. 單元操作 亂流之剪應力 • Ev漩渦產生之黏滯力

  15. 單元操作 剪應力及動量(M)傳遞 • 剪應力與等速層平行 • 剪應力造成動量傳遞，方向與等速層垂直

  16. 單元操作 平板束縛層(Boundry Layer) 之形成 束縛層(層流) • 流體流過一平板 • 層流束縛層厚Zx與x0.5成正比，漸達2mm • 亂流開始(NRE=ρu x /μ介於105~3x106)之間，層流束縛層漸減 亂流開始 束縛層(亂流) x

  17. 單元操作 圓管束縛層(Boundry Layer) 之形成 • 流體流過一圓管 全展流(full development) 束縛層 ，發展至全展流所經之管長與流動現象有關 管長/D 入口 管內 xT/D=0.05NRe Laminar Laminar xT/D=40 – 50 Turbulent Turbulent =100Laminar Turbulent x

  18. 單元操作 雷諾數(Reynolds Number) • NRe = ρu D /μ 流過管內 =ρu x /μ 流過一平板 層流(Laminar)擾流(Turbulent) 管内流動NRe 0 2100 4000

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