流体的流动精品课件

1、流体的流动第1页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四压强（压力）N/mPa 1atm1.01325105Pa=760mmHg绝对压力：符合压力定义表压：表压绝对压力大气压真空度：真空度大气压绝对压力二、流体的压力第2页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四三、流体的密度液体的密度气体的密度 （理想气体）混合液体的密度混合气体的密度第3页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四1牛顿粘性定律内摩擦力F：-比例系数，动力粘度 速度梯度 令 单位面积上的内摩擦力,过称剪应力 单位速度梯度的剪应力 四、流体的粘度第4页，共46页，2022年，5月20日，

2、11点5分，星期四运动粘度 m2/s由流体的性质决定，温度影响大 混合气体： 混合液体： 混合物的粘度：第5页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四2牛顿性流体与非牛顿性流体牛顿性流体：符合牛顿粘性定律非牛顿性流体：不符合牛顿粘性定律 流变学研究假塑性液体牛顿性液体涨塑性液体宾汉塑性液体du/dy第6页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四一、流体静力学基本方程二、流体静力学基本方程的应用压力测量：U型管液柱压差计U型管 （*通常充满待测液体，注意两接口是否在同一水平线上）倒U型 何时用倒U型管？简化的U型管2 流体静力学第7页，共46页，2022年，5月20日

3、，11点5分，星期四斜管压差计 微差压差计第8页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四液面测定： 确定液封高度第9页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四3 流体动力学一流量与流速1. 流量 体积流量 质量流量 2. 流速 平均流速 m/s A为截面积 质量流速 Kg/s.m2第10页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四 管径初选 u在一个合适的范围内焊接钢管：1/2英寸 外径21.25mm 公称直径 3/4英寸 外径26.75mm无缝钢管： 1084mm：外径108mm，管壁4mm 二稳定流动和不稳定流动 （定常流动和不定常流动） （定态流动

4、和非定态流动）流速、压力等参数不随时间变化稳定流动 稳定流动不稳定流动附录十一第11页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四三连续性方程无流体损失 质量守恒即:例:图示管路中，流体作稳定流动。问：A,B两截面： （1） 静压头哪个大？为什么？ （2） 体积流量哪个大？为什么？ （3） 质量流量哪个大？为什么？ （不计阻力） AB第12页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四四伯努利方程1理想流体的伯努利方程不可压缩，非粘性 Z1Z21122第13页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四设在重力场中作定态流动的理想液体中取一细流管，在其上任取两位置

5、a和b，它们相应的横截面面积为S1和S2，以这两个截面之间一段流管内的流体作为研究对象。经过t时间，这段流体由ab位置流到ab位置，质量仍为m。第14页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四流管内ab两端外的压力对ab段流体作功为由功能原理可得，代入上式，并整理可得 第15页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四2实际流体的伯努利方程单位：m （1） 或 单位：J/kg （2） 外加压头 压头损失 位压头 动压头 化工中看作机械能守恒：位能、静压能、动能 静压头 看成总机械能的一部分是否合适?如果不合适，说明理由；如果合适，如何理解？第16页，共46页，2022

6、年，5月20日，11点5分，星期四3伯努利方程的应用注意：单位选合适的研究截面和基准水平面确定用绝压或表压 流速和流量的计算 如图：高位槽水面距出水管垂直距离6m， 流动过程压头损失5.7mH2O。 求: 每小时输水量。解：取11,22为研究截面6.0 0 0 0 0 0 ？ 5.7第17页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四查表， 管外径75.5mm，壁厚3.75mm第18页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四容器相对位置的计算 例：高位槽和反应器均与大气相通，要求料液1m/s速度流动，管内流动能量损失20J/kg（不包括出口能量损失）。求h。解：选11，

7、22为研究截面（22为出口内侧）管内侧：u(管内侧)=u（管中） 不考虑出口能量损失管外侧：u（管外侧）0 考虑出口能量损失gh 0 0 0 0 0 已知 20 第19页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四 计算泵所需功率例：用泵将物料送至塔顶 管内流动损失为3m液柱，液体进入喷嘴前静压为0.3kgf/cm2（表压）1100kg/m3，进口流速1.5m/s求:所需泵的有效功率 1.5 0 0 ？ 20 3p20.39.81104N/m2 He24.7m液柱第20页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四4 管内流体流动现象流体在管内流动的速度分布 由粘性引起 存

8、在内摩擦力 第21页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四一、流体流动类型与雷诺准数流速小：层流（滞流）状态流速大：紊流（湍流）状态2000时 层流4000时 紊流20004000 过渡区Re 雷诺准数无因次群（量纲的因次为0）雷诺实验装置第22页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四二、流体在圆管内的速度分布 1层流时的速度分布第23页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四取一段长为 l，半径为 r的圆柱体受力分析（水平方向）合力为0 积分 第24页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四边界条件 rR时 u0抛物线方程 r0时

9、比较上式与 或 的表达式得： (由柏努利方程求得)第25页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四2湍流时的速度分布实验观察管内流速(经验公式）：3流动边界层概念流速降为主体流速99%以内的区域边界层分离第26页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四5 流体流动的阻力一管、管件及阀门管： 普通钢管：标称直径无缝钢管：AB mm A：外径 B：壁厚 铸铁管、铝塑管、塑料管、铜管、铅管 光滑管: 粗糙管: 玻璃管、黄铜管、塑料管 钢管、铸铁管 不锈钢管绝对粗糙度 相对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度，以表示 。绝对粗糙度与管道直径的比值，即 /d 。第27页，共46页，

10、2022年，5月20日，11点5分，星期四管件： 改变管路的方向：弯头、三通 连接管路支路：三通、四通 改变管路直径：异径三通、异径直通 堵塞管路：丝堵 连接二管：活接头，管箍第28页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四阀门 :连接方式：承插式连接 焊接 法兰连接 螺纹连接截断阀类主要用于截断或接通介质流。闸阀、截止阀、旋塞等 调节阀类主要用于调节介质的流量、压力等。 止回阀类用于阻止介质倒流 分流阀类用于分离、分配或混合介质 安全阀类用于介质超压时的安全保护 第29页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四二流体在直管中的阻力 水平直管 由受力分析得： 令 （

11、量纲1） 摩擦系数，沿程阻力系数 则 或范宁公式第30页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四1层流的阻力2湍流的阻力粗糙管 光滑管 经验公式第31页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四查图P32页图 壁面的绝对粗糙度壁面的相对粗糙度层流粗糙管完全湍流u ？第32页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四3非圆形直管的阻力用当量直径de近似计算当量直径：流体流经管道截面积A的4倍除以湿润周边长度对圆形管 对套管 第33页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四三局部阻力进出口、弯头、阀门、扩大、缩小1阻力系数法局部阻力系数 突然扩大

12、： 突然缩小： 流体自容器进入管的入口：=0.5查表 流体自管路进入较大的容器：=1第34页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四四总阻力损失计算l 不一定为总长度 例题: P39 例162当量长度法 le 当量长度 第35页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四6 管路计算一简单管路（l 包括管件的当量长度） 还应包括什么？ 1. 已知管长l, 管径d,流量qv 求h第36页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四2已知h，l，d求u 或 qv比较计算值与估计值。试差法：先估计一个值，求出u, 再由u求，（计算） 或：先估计一个u值，求出（查出）

13、，计算u, 比较计算值与估计值。第37页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四3已知h，l，qv求d*适宜管径： 总费用(现值)决定 试差法例17, 18第38页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四二复杂管路1并联管路分支、汇合2分支管路*oAB可列与O点相关的多个伯努利方程第39页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四7 流速与流量的测量一测速管毕托管 由 查 u第40页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四二孔板流量计A0为开孔面积 , C0为流量系数或： 第41页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四三文丘

14、里流量计文德利管(类似喷嘴)测量气体时 第42页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四四、转子流量计若转子停留在某处而并将 代入上式得 (伯努利方程)AR为环隙面积 (随转子高度变化)CR为流量系数第43页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四例:1题附图图示吸液装置中，吸入管尺寸为322.5mm, 管的下端位于水面下2m，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为8u2/2g。若截面2-2处的真空度为39.2kPa, 由1-1截面至2-2截面的压头损失为0.5u2/2g，求：（1）管内水的流速，m/s；（2）管中水的流量，m3/h；（3）吸入中1-1 处的表压。第44页，共46页，2022年，5月20日，11点5分，星期四例: 用一高位槽向外供水，设高位槽内水深1m（恒定），下接9m垂直管，再接一段水平管