流体流动第三次课

1、流体流动第三次课第1页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四例2 为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高度。指示液为汞。1、分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2，试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2、当（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m时，试求石油产品的密度P及Z1。已知Hg密度为13600kg/m3。 第2页，共24

2、页，2022年，5月20日，11点4分，星期四解 （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即 （a）（b）（2）将式（a）减去式（b）并经整理得 第3页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四作用：控制设备内气压不超过规定的数值，当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。 若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为3、确定液封高度第4页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四反映管内流体流动规律的基本方程式有

3、：连续性方程柏努利方程 本节主要围绕这两个方程式进行讨论。第三节 流体在管内的流动现象第5页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四一、流动过程与基本概念不稳定流动系统：若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变。稳定流动系统：流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变。 1、稳定流动系统和不稳定流动系统第6页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四2、流线与流管流线属性：流管：由流线组成的管状表面。描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线（不同于轨迹线）流线上任一点的切线方向代表流经该处流体质点速度方向；流线互不相交

4、；流体质点流动时不能穿越流线。第7页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四（2）质量流量 (mass flow rate) 单位时间内流体流经管道任一截面的质量，以qm表示，其 单位为kg/s。（1）体积流量 （volumetric flow rate） 单位时间内流体流经管道任一截面的体积，以qV表示，其单位为m3/s。3、流量与流速 qm=qV第8页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四质量流速G：（3）平均流速 (average velocity) u, m/s单位时间单位截面积流过的流体体积，以u表示，其单位为m/s。Gu第9页，共24页，2022年，5

5、月20日，11点4分，星期四一般液体流速为0.53m/s、气体为1030m/s。管道直径一般根据流量、流速估算 （4）管道直径的估算 第10页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四例 以内径105mm的钢管输送压力为2 atm、温度为120的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。解: 依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：第11页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四 取空气的平均分子量为Mm=28.9，则实际操作状态下空气的密度为 平均流速依式（1-1

6、7），得质量流速第12页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四例 某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管径。解：管内径为选取水在管内的流速u1.8m/s (自来水1-1.5, 水及低粘度液体1.5-3.0 )第13页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四 运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力。流体运动时内摩擦力的大小，体现了流体粘性的大小。xu=0yu二、牛顿粘性定律第14页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四 实验证明，两流体层之间单位面积上的内摩擦力（或称为剪应力）与垂

7、直于流动方向的速度梯度成正比。yxuu=0uyu/y表示速度沿法线方向上的变化率或速度梯度。第15页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四 式中为比例系数，称为粘性系数，或动力粘度（viscosity），简称粘度。上式称为牛顿粘性定律。凡遵循牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体。第16页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四粘性是流体的基本物理特性之一。任何流体都有粘性，粘性只有在流体运动时才会表现出来。dyduoxy牛顿粘性定律可改写成： 第17页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四温度对流体粘度的影响一般地，温度上升气体的粘度升高；液体的粘度降

8、低。第18页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四三、非牛顿型流体1、宾汉塑性流体满足下式： 特点：流动发生在屈服应力被克服后 此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。第19页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四2、假塑性流体 (油脂、油漆、涂料等）3、涨塑性流体（硅酸钾、淀粉、蜂蜜、阿拉伯树胶等）第20页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四各流体粘性规律第21页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四 图 雷诺实验四、流体流动类型与雷诺准数第22页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动，各层之间没有质点的迁移。当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有色细流便出现波动而成波浪形细线，并且不规则地波动； 速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色，各层质点之间发生混合。显然，此时流体的流动状况与之前不同。 第23页，共24页，2022年，5月20日，11点4分，星期四1、流体流动状态类型过渡流： 流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。过渡流不是一种流型。湍流(turbulent flow) 当流体在管道中流动时，流体质点除了