流体的流动规律

化工流体输送单元操作项目一流体流动规律

知识点1：流体流动在化学工业中的应用一、流体的特征流体：气体、液体和蒸汽，还包括超临界流体、悬浮液、气溶胶等流体流动基本原理和规律是“三传一反”重要的基础三传一反①动量传递—流体输送、沉降、过滤、混合、流态化②热量传递③质量传递—加热、冷却、蒸发、冷凝—蒸馏、吸收、萃取、干燥、吸附、膜分离一反：化学反应过程液体—不可压缩气体—可压缩体积不随压力变化而变化体积随压力发生变化一、流体的特征流体流动现象(a)生活中煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池(b)工业生产过程中一、流体的特征流体具有三个特点：①流动性；②无固定形状，随容器的形状而变化；③在外力作用下，流体内部发生相对运动。二、流体的研究方法流体的连续介质假定将流体视为充满所占空间的、由无数流体质点组成的、彼此间没有空隙的连续介质。连续介质假定：流体质点：含有大量分子的极小单元或微团，尺寸远小于流体所处空间的尺寸，但远大于分子自由程。引入连续性假定之后，流体的物理性质及运动参数可利用连续函数的数学工具描述。局限性：分子的自由程大到可同设备的特征长度比拟，连续介质假定则不再成立。二、流体的研究方法流体质点运动的描述拉格朗日法：跟踪质点，描述运动参数随时间的变化规律。欧拉法：不跟踪质点，用一组运动参数(速度、密度、压强)，对某一个固定点上的流体质点进行进行描述。对于速度：u=f(x,y,z,t)描述运动参数在指定空间和时间上的变化。二、流体的研究方法★结论：①研究的是任一质点都遵循同一规律—拉格朗日法②研究流体流经空间各点时有关运动参数的分布规律—欧拉法二、流体的研究方法流场定义：流体运动所占据的空间。轨线(迹线)：同一流体质点，在不同时刻所占空间位置的连线。—拉格朗日法流线：某一时刻，不同质点的速度方向的空间曲线。·ab·c·d·—欧拉法【各流线不会相交】当空间各点流体的速度不随时间而变化时，轨线和流线重合。流体流动实现的输送是最普遍的化工单元操作之一；三、流体的应用流体流动对传热、传质、化学反应过程有重要影响；将固体物料制成溶液、或破碎成小颗粒悬浮在流体中呈“流态化”进行操作。三、流体的应用掌握流体运动的原理和规律，分析和计算工程实际问题Ⅰ输送机械选型和流体输送管道的管径；Ⅱ

流体流速、流量和压强的控制和测量；Ⅲ

计算流体输送所需要的能量，选择合适的流体输送机械以及确定它所需要的功率；Ⅳ

适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。化工流体输送单元操作项目一流体流动规律

知识点2：流体的流动型态及其判定一、雷诺实验连续性方程、伯努利方程：预测和计算流体流动过程的运动参数的变化规律。这些原理尚未解决流体流动阻力损失的计算问题，而阻力损失与流动的内部结构密切相关；分析引起阻力损失的内部原因，建立计算阻力损失的关系式，必须对流体流动时内部质点的运动状况加以考察。雷诺实验1883年，英国物理学家OsboneReynolds进行实验。DBAC墨水流线玻璃管一、雷诺实验雷诺实验DBAC墨水流线玻璃管(a)层流★结论：玻璃管内的水质点沿着与管轴平行的方向作直线运动。一、雷诺实验雷诺实验DBAC墨水流线玻璃管(b)过渡流(c)湍流★结论：水的质点除了沿管道轴向运动外，各质点同时做不规则运动，且彼此相互碰撞、混合，质点速度的大小与方向均随时发生变化。一、雷诺实验层流和湍流的特性层流（滞流）流体质点做直线运动；流体分层流动，层间不相混合、不碰撞；流动阻力来源于流体本身的内摩擦力。湍流（紊流）主体做轴向运动，同时有径向脉动；特征：流体质点的脉动。二、流体流动型态层流和湍流的特性层流（滞流）湍流（紊流）过渡流不是独立流型（层流+湍流）；流体处于不稳定状态，易发生流型转变。二、流体流动型态影响流动状态的因素d——管道的内径，m；ρ——流体的密度，kg/m3；u——流体的平均流速，m/s；μ——流体的动力黏度，Pa·s。数群中的各个物理量必须采用同一单位制。三、雷诺准数牛顿型流体在圆形直管内流动规律当Re≤2000时—稳定的层流流型的判别当Re≥4000时—