化工原理-流体流动.ppt

●液体：通常压力对液体的密度影响很小，可忽略不计，故称液体为不可压缩流体。（工程上考虑问题常用的方法） 即 温度对液体的密度有一定的影响 ρ=f（T） 在介绍液体密度时应标明对应的温度条件。●气体：具有可压缩性及膨胀性，其密度随压力和温度的不同差别很大。 得不到气体的密度数据时，可按理想气体状态方程式计算（条件：压力不太高，温度不太低） 3、混合物的密度 化工生产中的流体，往往是含几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，混合物的平均密度可计算。●气体： 公式中 Mm→M  Mm=MA y A+ MB y B+···+ M n y n MA 、 MB 、 Mn ——气体混合物中各组分的分子量；yA 、 yB 、 yn ——气体混合物中各组分的摩尔分率。 ρm= ρA XVA +ρB XVB +···+ ρn XVn  XVA、 XVB 、 XVn ——气体混合物中各组分的体积分率。 ●液体： ρA，ρB，…，ρn ——混合物中各纯组分的密度 xWA，xWB，…，xWn ——混合物中各纯组分的质  量分率。（条件：以1kg混合液为基准，各组分混合前后体积不变） 理想溶液注意：气体——用摩尔分率或体积分率 液体——用质量分率 静力学基本方程式 四、静力学基本方程式的应用 四、静力学基本方程式的其他应用 静力学基本方程式 四、静力学基本方程式的应用 四、静力学基本方程式的应用 四、静力学基本方程式的应用（P23-30） 四、静力学基本方程式的其他应用 对于实际流体∑hf ≠0， We≠0时 ①由柏努利方程式得： 所以:p1＞ p2 ②静压头一部分转变为能量损失， 动压头一部分转变为静压头， 当∑hf＜3J/kg时p2＞ p1 当∑hf＞3J/kg时p2＜ p1 当∑hf=3J/kg时p2= p1 2、湍流流动阻力的因次分析 (1)确定过程影响因素及函数形式 根据对流体在管内作湍流流动过程的分析得知，在此过程中影响直管阻力损失hf的因素有：流动空间的几何尺寸——管径d、管长l、管壁粗糙度ε(管壁突出物的平均高度，mm)；流动情况——平均流速u；流体物性——密度ρ、粘度μ。即可表示为如下一般函数关系： (2)因次化处理 上述三个方程有六个未知数，所以只有三个未知数是独立变量，其他三个变量可以表示为这三个变量的函数。我们把b、g、f作为独立变量，解上述方程组可以得到： 优点： 1、变量数7→4； 2、自变量6→3； 3、实验次数（5为例） 56＝15625 → 53＝125 (3)实验数据处理与特定常数确定 式中的常数k、b、f和g需通过实验确定。为便于数据处理．可以把两边取对数，得： 绘图 3、因次分析法讨论 (1)通过因次分析方法可以减少过程变量数。从而大大减少实验次数，减轻了实验工作量。 (2)应用因次分析法指导实验时，要改变Re＝duρ/μ值时，只需通过阀门改变流速u即可；要改变l／d值，则只需改变测量点的距离即可，而无需换用多种流体及改变管径。可以把用廉价的水、空气等作出的实验结果推广用于其它流体；把小尺寸模型的实验结果应用于大型装置。 (3)该法只是通过物理量的因次分析，把一般物理量函数式转化为量纲为一数表示的函数式。它并末揭示过程变量间的内在联系。遗漏必要的物理量或列入不相干的物理量，都可能会导致错误的结果。 三、直管阻力的计算 1、范宁公式 层流、湍流都适合。 （Re2000) 2、摩擦系数λ的计算 研究表明，湍流时的λ可用下式表示： 在莫迪图中，上式为λ与相对粗糙度、Re有关； 下式中λ只与相对粗糙度有关、与Re无关。处于阻力平方区。 由图1-34可见，根据不同的Re值，可以分为四个不同的区域 3、粗糙度对λ的影响 4、湍流时的摩擦系数与因次分析 湍流时流体质点不规则的运动与脉动，并不断产生旋涡，使其内摩擦应力远大于滞流时，且不服从牛顿粘性定律，但可用其形式，涡流粘度不是物性，是流体流动状况决定的，由于湍流质点的运动复杂性，目前还不能从理论上导出e的关系式，因此也不能完全靠理论的求得湍流时摩擦系数的关系式。 化工技术中，常会遇到研究对象过于复杂，虽已知其影响因素，不能建立数学表达式，或虽建成但不能求解，因此常需通过实验，建立经验式，这就是化工上常用的实验研究法。 ⑴、实验研究法：基本步骤如下 a.