第一章节流体流动与输送(化工工艺基础).pptVIP

（二）流动型态的判据 影响流体流动的因素除流速u外，还有流体流过的通道管径d的大小，及流体的物理性质如黏度μ和密度ρ。这些因素可组合成一个数群，称为雷诺数，以符号Re表示： Re＝duρ/μ 若将各物理量的量纲代入，则有： [Re]=(m·m/s·kg/m3)/(kg/(m·s)) 由p=ρgh Pa=( kg/m3)·(m/s2)·m Pa·s=( kg/m3)·(m/s2)·m·s (1－36) 第六十二页，共一百三十一页。 流体在直管中流动时: 当Re≤2 000，流体流动形态为滞流； 当 Re≥4 000时，流体流动形态为湍流； 当2000＜Re≤4000时，流体的流动则认为处于一种过渡状态，可以是滞流，也可以是湍流。工程上看作湍流。 第六十三页，共一百三十一页。 （三）滞流和湍流的特征－－圆管流速分布 第六十四页，共一百三十一页。 如上图所示，滞流时流速沿管径呈抛物线分布，管中心处流速最大，管截面各点速度的平均值为管中心处最大速度的0.5倍。 湍流时，流体质点强烈湍动有利于交换能量，使得管截面靠中心部分速度分布比较均匀流速分布曲线前沿平坦，湍流的流速分布曲线与雷诺数大小有关，湍流的平均速度约为最大速度的0.8倍。 湍流流动时在靠近管壁处总有一层作滞流流动的流体薄层，称之为层流（或滞流）内层。层流内层的厚度随雷诺数Re增大而减薄，滞流内层的存在对传热过程和传质过程有很大影响。 化工生产中的流体流动大多数是以湍流形态进行的。 第六十五页，共一百三十一页。 【练习题】 在φ168mm×5mm的无缝隙钢管中输送原料油，已知油的运动粘度为9×10-5m2/s ，密度为 910 kg/m3，试求燃料油在管中作层流时的临界速度。 解：层流时Re的临界值为2 000，其中d＝168－2×5 ＝158mm＝0.158m 运动粘度 v=μ/ρ＝90×10-5m2/s 代入Re＝duρ/μ 得： Re＝duρ/μ＝du/ν＝2 000 故临界速度为 u＝2000×9×10-5/0.158＝1.14m/s 第六十六页，共一百三十一页。 二. 流体管内流动阻力的计算 （一）直管阻力的计算 实验表明：流体流过直管的阻力与流体的动能（u2／2）和管长（l）成正比，与管内径（d）成反比。 Pa m 范宁公式 第六十七页，共一百三十一页。 范宁公式是直管阻力的计算通式，适用于层流和湍流。公式中的λ为比例系数，称为摩擦系数。 （1）流体在圆形直管内作层流流动时的摩擦系数λ λ=64／Re 推导过程 由哈根-泊谡叶公式,即流体在圆形管作层流流动的压强降计算公式： Δpf =32μl u／d2 又已知:Δpf =hfρ,则 第六十八页，共一百三十一页。 (1-46) 式(1-46)为流体在圆形管内作层流时摩擦系数λ的计算式. 第六十九页，共一百三十一页。 湍流时，流体质点是不规则的紊乱运动，质点间互相碰撞激烈，瞬间改变方向和大小。 Re越大，滞流底层越薄，管壁粗糙度对湍流阻力的影响越大。因而，湍流的流体阻力或摩擦阻力系数λ还与管壁粗糙度ε有关。 （2）流体在圆形直管内作湍流时的摩擦阻力系数λ 因此,湍流时的摩擦阻力系数λ须由雷诺数Re和管壁粗糙度ε 共同确定,一般通过莫迪图(Re -λ)确定.见下图: 第七十页，共一百三十一页。 第七十一页，共一百三十一页。 d. 完全湍流粗糙区 Re足够大时,λ与 Re无关,仅与ε/d有关。 a．滞流区 Re≤2 000，λ＝64/Re,与ε/d无关。 b．过渡区 2 000＜Re＜4000，流型为非定态,λ易波动, 常作湍流处理。 c. 湍流光滑区 Re≥4 000以及虚线以下区域,λ与 Re和ε/d均有关,λ随 Re的增大而减小, 随ε/d增大而增大. 在莫迪图中λ的处理方法如下: 第七十二页，共一百三十一页。 （3）流体在非圆形管内流动的阻力计算 计算非圆形管的Re值时，要以当量直径de代替d, 当量直径de定义为： de=4×流道的流通面积／润湿周边长度 (1-47) 以下是几种常见非圆形管当量直径de的计算: 第七十三页，共一百三十一页。 边长为a和b的矩形截面管，其当量直径de为： 流道流通面积A＝ab，润湿周边长度Π＝2(a＋b) 第七十四页，共一百三十一页。 同心圆形管套管，两管间环隙的当量直径de为： 第七十五页，共一百三十一页。 流体在非圆形管内作层流流动时,除了用de代替管径,其阻力系数λ的计算也不同于圆形直管,其值可按以下公式计算: 式中C的取值参见教材P28表1-3. 0 0 0 i ) ( )