第3章流体流动.ppt

环境工程原理 付 晓 茹 2011年3月11日 第三章 流体流动 3.1 管流系统的衡算方程 3.2 流体流动的内摩擦力 3.3 边界层理论 3.4 流体流动的阻力损失 3.5 管路计算 3.6 流体测量 本章重点 概念：雷诺数及其特征速度与特征尺度、边界层理论、不同基准下伯努利方程的表示方法、管道局部阻力损失的表示方法 计算：圆管道的质量衡算、伯努利方程的运用及计算、简单管路的计算、复杂管路（分支、并联）的计算 3.1 管流系统的衡算方程 3.1.1 管流系统的质量衡算方程 3.1.2 管流系统的能量衡算方程 （1）总能量衡算方程 （2）机械能衡算方程 例题3.1.1 补充例题3-1 如图所示的串联变径管路中，已知小管规格为φ57×3mm，大管规格为φ89×3.5mm，均为无缝钢管，水在小管内的平均流速为2.5m/s，水的密度可取为1000kg/m3。试求（1）水在大管中的流速；（2）管路中水的体积流量和质量流量。 解题思路 3.1.2 管流系统的能量衡算方程 3.1.2.1 总能量衡算方程 （1）流体携带的能量 （2）与环境交换的能量 （3）总能量衡算方程 3.1.2.2 机械能衡算方程 （1）流体携带的能量 单位质量流体的总能量： （2）与环境交换的能量 功：We 流体对输送机械所做的功，为正 输送机械对系统内流体所做的功，为负 热量：Qe 流体通过热交换器吸收 + 或放出 - 热量 例3.1.2（P53） 已知条件： 稳态：用的方程 绝热： 水平直管管道： 没有功的说明： 推导后： 例3.1.2（P53） 对于不可压缩流体： 然后 最后 3.1.2.2 机械能衡算方程 对于不可压缩液体 对于湍流 理想流体稳态流动而又无外功时 体系无外功，静止： 3.1.2.2 机械能衡算方程（注意） 合理确定衡算系统（不可压缩的连续稳定流动）； 合理选取计算截面（便于计算）； 基准水平面的选取； 注意单位的一致性。 例3.1.3（P57） 判断2-2和3-3处的总能量大小 例3.1.3（P57） 应用哪能知识？ 比较2-2和3-3截面的总能量 取水槽液面3-3为位能基准面，假设支管内流体处于静止状态，则2-2和3-3截面的总能量分别为 例3.1.3（P57） 截面1-1和截面2-2之间列伯努利方程： 例3.1.3（P57） 补充例题3-3 如图所示，水槽液面至水出口管垂直距离保持在6.2m，水管全长330m，全管段的管径为106mm，若在流动过程中压头损失为6m水柱（不包括出口压头损失），试求导管中每小时之流量m3/h。 补充例题3-3 qv Au u? 列伯努利方程 z1 6.2m, z2 0, p1 p2 0，We 0，um1 0 第三章 流体流动 3.1 管流系统的衡算方程 3.2 流体流动的内摩擦力 3.3 边界层理论 3.4 流体流动的阻力损失 3.5 管路计算 3.6 流体测量 3.2 流体流动的内摩擦力 3.2.1 流体的流动状态 3.2.2 流体流动的内摩擦力 （1）牛顿黏性定律 （2）动力黏性系数 （3）流体类别 （4）流动状态对剪切应力的影响 3.2.1 流体的流动状态 层流：当流体流速较小时，处于管内不同径向位置的流体微团各自以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不掺混，不存在径向流速，这种流动形态就称为层流或滞流。 湍流：流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动，这种流动形式称为湍流或紊流。 雷诺数： 3.2.1 流体的流动状态 3.2.1 流体的流动状态 对于圆管内的流动： Re 2000 时，流动总是层流型态，称为层流区 Re 4000时，一般出现湍流型态，称为湍流区 2000 Re 4000 时，有时层流，有时湍流，处于不稳定状态，称为过渡区；取决于外界干扰条件。 3.2.2 流体流动的内摩擦力 实际流体具有黏性 容器中被搅动的水最终会停止运动 在圆板中心扎以细金属丝，吊在流体中，将圆板旋转一个角度，使金属丝扭转，然后放开，圆板则以中心为轴往返旋转摆动，随着时间的推移，摆动不断衰减，最终停止。 3.2.2 流体流动的内摩擦力 内摩擦力：是流体内部相邻两流体层的相互作用力，通常称为剪切力。 剪切应力：单位面积上的剪切力。 （2）动力黏性系数 动力黏性系数：单位法向速度梯度下，由于流体黏性所引起的内摩擦力或剪切应力的大小。 运动黏度（动力扩散系数） （3）流体类别 （4）流动状态对剪切应力的影响 第三章 流体流动 3.1 管流系统的衡算方程 3.2 流体流动的内摩擦力 3.3 边界层理论 3.4 流体流动的阻力损失 3.5 管路计算 3.6 流体测量 3.3 边界层理论