单元一流体流动

单元一流体流动

任务一概述 一、流体的连续介质模型流体：具有流动性的物体，包括液体和气体。流体质点：由无数个注体分子组成的连续介质。内蒙古化工职业学院

二、流体的密度与比体积 1、密度与比体积的定义 ρ= 单位： kg/m3 ν= 单位：m3 / kg； 2、纯组分流体的密度 ρ= = 单位： kg/m3 注：其中P的单位是KPa, R=8.314kJ/kmol·K 内蒙古化工职业学院

3、混合物的密度 （1）液体混合物 (i=1、2、3.. .n) （2）气体混合物 a、 (i=1、2、3.. .n) 内蒙古化工职业学院

b 、 其中：例题：略；内蒙古化工职业学院

三、流体的粘性 1、牛顿粘性定律：速度梯度，1/s ； μ：比例系数，称粘度，N.s/m2 内蒙古化工职业学院

2、流体的粘度 1、意义：当 =1时，τ=μ； 2、单位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊） 3、混合物的粘度（略）内蒙古化工职业学院

任务二流体静力学

一、流体的压强 1、定义：单位: Pa 2、绝对压力、表压力和真空度（1）例： P PA（绝压）=1.5atm A设备 PA（表压）=0.5atm 大气压：1atm B设备 PB（绝压）=1.5atm 0 PB（表压）=-0.5atm PB（真空度）=0.5atm 内蒙古化工职业学院

（2）结论 表压强=绝对压强—大气压真空度=大气压—绝对压强例：当某设备内绝对压强为1.9atm 时，问其表压为多少？当某设备内绝对压强为0.9atm 时，问其表压又为多少？如用真空度表示是多少?(单位均为大气压) 内蒙古化工职业学院

3、单位 1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg =1.033kgf/cm2=10.33mH2O 例题：某设备内压强为780mmHg,用Pa表示为多少？内蒙古化工职业学院

二、流体静力学基本方程 P=P0+ρgh 1、公式推导：受力分析 2、说明：（1）本式也适用于气体；（2）静止的、连通的同一种液体,处在同一水平面上两点的压强相等；等压面：压强相等；（3）巴斯噶原理：液面上方压强具有传递性。（4）压强大小可以用高度来衡量。内蒙古化工职业学院

3、静力学基本方程的应用 （1）测量压强及压强差；（2）测量液位；（3）测量液封高度；内蒙古化工职业学院

任务三流体动力学 内蒙古化工职业学院

一、流量与流速 质量流量：Ws kg/h 1、流量 Ws= Vsρ 体积流量:Vs m3/h 2、流速：（1）平均流速 m/s Ws= VsAρ （2）质量流速： kg/(m2.s) 内蒙古化工职业学院

3、圆形管道直径的选取 根据：选择一常用流速，进行计算：后进行圆整。例题：内蒙古化工职业学院

二、连续性方程 1、定常流动和非定常流动：流体在管道内流动时，任一截面（与流体流动方向相垂直的）上的流速、密度、压强等物理参数均不随时间而变的叫定常流动。反之，为非定常流动。 2、连续性方程据质量守恒定律： 1 2 内蒙古化工职业学院

---流体连续性方程 对于液体（不可压缩流体）： ---液体连续性方程也可变为：意义：流体在定常流动时，流速与管道截面积成反比，与管道直径的平方成反比。内蒙古化工职业学院

三、柏努利方程 1、流体所具有的机械能：（1）位能： ◆在重力场中，液体高于某基准面所具有的能量称为液体的位能。液体在距离基准面高度为z时的位能相当于流体从基准面提升高度为z时重力对液体所作的功。 ◆mkg流体所具有的位能：mgz ,单位是：J; 单位质量流体所具有的位能：gz ,单位是：内蒙古化工职业学院

（2）动能 ◆液体因运动而具有的能量，称为动能。 ◆mkg流体所具有的动能： ,单位是：J; 单位质量流体所具有的动能：，单位是：内蒙古化工职业学院

（3）压强能 ◆流体自低压向高压对抗压力流动时，流体由此获得的能量称为压强能。 ◆mkg流体所具有的压强能：单位是：J; 单位质量流体所具有的压强能： v——流体的比容（比体积），内蒙古化工职业学院

2、理想流体的柏努利方程 ◆理想流体，无摩擦力，据机械能守恒定律：机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数 ◆单位质量流体所具有的机械能 ---理想流体的柏努利方程内蒙古化工职业学院

3、讨论： ◆机械能守恒与转换方程意义：流体的各种机械能形式之间在一定条件下是可以相互转换的，但总和不变。如图所示管道： ◆系统处在静止状态，内蒙古化工职业学院

◆对于可压缩流体 如果：，可用，近似按不可压缩流体处理。 ◆公式中的p既可以用表压，也可用绝压，但须前后保持一致。内蒙古化工职业学院

4、实际流体的柏努利方程 ◆实际流体：（1）有流动阻力，Σhf ，单位是J/Kg；（2）有外加功， We ，单位是J/Kg ； ---实际流体的柏努利方程（扩展了的柏努利方程）内蒙古化工职业学院

◆以单位重量流体为衡算基准，有： 位压头静压头动压头有效压头压头损失 ◆以单位体积位衡算基准,有：内蒙古化工职业学院

5、实际流体的柏努利方程的应用 ◆计算两容器间的相对位置； ◆计算输送机械的有效功率； ◆计算流体的输送量； ◆计算输送压强。例题：见课本。内蒙古化工职业学院

四、实际流体的基本流动现象 （一）、流体的流动类型 1、雷诺实验内蒙古化工职业学院

2 、实验结果： 层流流体流动型态湍流内蒙古化工职业学院

3、流型的判断 （1）影响流型的因素：流速：u；密度：ρ；粘度：μ；直径：d；（2）流动型态的判断：雷诺数（无量纲准数）（3）判断：当Re<2000, 层流；当2000 < Re〈4000，过渡状态；当Re>4000，湍流；例：见P37（略）内蒙古化工职业学院

（二）圆管内的速度分布 1、层流时的速度分布特点：管中心处流速最大 2、湍流时的速度分布 3、层流内层：内蒙古化工职业学院

内蒙古化工职业学院

（三）流动边界层的基本概念 1、流动边界层：特点：存在速度梯度和阻力的区域；层流边界层种类湍流边界层：层流内层； 2、主流区：速度梯度为零； 3、边界层的分离特点：有大量机械能损失；内蒙古化工职业学院

第四节管内流动阻力 一、化工管路：管子、管件、阀件；（一）、管子 1、种类及用途：铸铁管：强度差，价格低，用作污水管；焊接钢管（水煤气管）：输送水、煤气等低压钢管无腐蚀性介质，分为镀锌管和黑管。无缝钢管：输送高压、高温无腐蚀性流体。合金钢管：输送高温且有腐蚀性介质。内蒙古化工职业学院

紫铜管 铜管特点：重量轻，导热性好，黄铜管延展性好，用作换热管。铅管：耐酸，机械强度差；铝管：耐酸不耐碱，输送浓硝酸等；尺寸标注方法： Φ外径×壁厚mm 陶瓷管和玻璃管：不耐压，耐腐蚀；塑料管：种类多，抗腐蚀，易加工；橡胶管：耐酸、碱腐蚀，有弹性，但易老化；内蒙古化工职业学院

2、管路的连接 （1）螺纹连接（2）焊接（3）承插式连接（4）法兰连接内蒙古化工职业学院

（二）管件 1、用于改变流向的：弯头（90°、45 °、180 °） 2、用于连接支管的：三通、四通等；内蒙古化工职业学院

3、用于堵塞管路的：管帽、丝堵等； 4、其它：改变管径、延长管路等。内蒙古化工职业学院

（三）常用阀门 种类：闸阀、截止阀、止回阀、球阀、旋塞、隔膜阀等；闸阀截止阀止回阀旋塞阀球阀内蒙古化工职业学院

旋塞阀 内蒙古化工职业学院

球阀内蒙古化工职业学院

流动阻力:Σhf 种类:直管阻力(hf) 局部阻力(hf’) 内蒙古化工职业学院

二、直管内的流动阻力 1、计算公式：通过对流体进行能量衡算和受力分析，得出：范宁公式其中：摩擦系数（摩擦因数）阻力压降：压头损失：内蒙古化工职业学院

2、层流时的摩擦因数 影响摩擦因数大小的原因：(1)流动型态（Re）绝对粗糙度εmm (2)管壁粗糙程度相对粗糙度ε/d 3、湍流时的摩擦因数其中：ε/d 相对粗糙度通过实验，得到计算λ的经验公式或摩擦因数图：内蒙古化工职业学院

单元一 流体流动