化工单元操作技术张郢峰19课件.pptVIP

*张郢峰Contents目1流动类型与雷诺准数2流体在圆管内的速度分布3流动边界层及其发展录化工单元操作技术管内流体流动阻力4管内流体流动的摩擦阻力损失1流动类型与雷诺准数（1）雷诺实验为了直接观察流体流动时内部质点的运动情况及各种因素对流动状况的影响,可安排如图1-17所示的实验。这个实验称为雷诺实验。(a)图1-18两种类型管内流体流动阻力流体流动形态有两种截然不同的类型，一种是滞流（或层流）；另一种为湍流（或紊流）。两种流型在内部质点的运动方式，流动速度分布规律和流动阻力产生的原因都有所不同，但其根本的区别还在于质点运动方式的不同。滞流：流体质点很有秩序地分层顺着轴线平行流动，不产生流体质点的宏观混合。湍流：流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。实验结果：1流动类型与雷诺准数管内流体流动阻力(a)(b)雷诺准数的定义(2)流型判别的依据——雷诺准数流体的流动状况是由多方面因素决定的。流速u、管径d、流体的粘度μ和密度ρ对流型的转变有影响。通过进一步的分析研究，可以把这些影响因素组合成为一个无因次数群，作为流型的判据。雷诺准数的因次Re准数是一个无因次数群。组成此数群的各物理量,必须用一致的单位表示。因此,无论采用何种单位制,只要数群中各物理量的单位一致,所算出的Re值必相等。1流动类型与雷诺准数管内流体流动阻力*在生产操作条件下，常将Re＞3000的情况按湍流考虑。*Re的大小不仅是作为层流与湍流的判据，而且在很多地方都要用到它。不过使用时要注意单位统一。另外，还要注意d，有时是直径，有时是特征长度。流型的判别根据Re雷诺准数数值来分析判断流型。对直管内的流动而言：Re≤2000稳定的滞流区2000Re4000过渡区Re≥4000湍流区注意事项1流动类型与雷诺准数管内流体流动阻力练习：25℃的水在内径50的管内流动，流速为2m/s，试计算雷诺数，并判断流型。（Re=110000）思考:(1)在一定直径的圆管中有气体流动，若其质量流量不变，但温度增加，管内的Re数是否变化？(2)若在该圆管内分别以相同的体积流量流过同温常压下的水和空气，其Re是否相等？Ws、d一定，而t↑，μ↑，R↓(1)(2)管内流体流动阻力练习：内径25mm的水管,水流速为1m/s,水温20℃,求:1.水的流动类型;2.当水的流动类型为层流时的最大流速？解：1.20℃μ=1cPρ=998.2kg/m3Re4000,故水的流动类型为湍流管内流体流动阻力当量直径：若流体流通截面积非圆形，Re计算式中的d应当采用当量直径：如用上式来计算圆管的当量直径则：即圆管的直径本身。若流通截面积是ab的矩形，则：若流通截面积是环形截面，大圆内径d1内套小圆外径d2，则：Rr1流动类型与雷诺准数管内流体流动阻力Contents目1流动类型与雷诺准数2流体在圆管内的速度分布3流动边界层及其发展录化工单元操作技术管内流体流动阻力4管内流体流动的摩擦阻力损失流体在管道截面上的速度分布规律因流型而异(1)滞流时的速度分布理论分析和实验都已证明，滞流时的速度沿管径按抛物线的规律分布，如图1-19(a）所示。截面上各点速度的平均值等于管中心处最大速度umax的0.5倍。2流体在圆管内的速度分布图1-19a管内流体流动阻力(2)湍流时的速度分布湍流时流体质点的运动情况比较复杂，目前还不能完全采用理论方法得出湍流时的速度分布规律。经实验测定，湍流时圆管内的速度分布曲线如图1-19(b）所示。速度分布比较均匀，速度分布曲线不再是严格的抛物线。2流体在圆管内的速度分布图1-19b管内流体流动阻力流型滞（层）流湍（紊）流判据Re≤2000Re≥4000质点运动情况沿轴向作直线运动，不存在横向混合和质点碰撞不规则杂乱运动，质点碰撞和剧烈混合。脉动是湍流的基本特点管内速度分布抛物线方程ｕ＝1/2ｕｍａｘ壁面处ｕw=0,管中心ｕmax碰撞和混合使速度平均化壁面处ｕw=0,管中心ｕmax现象方程可解析不可解析两种流型的比较管内流体流动阻力Contents目1流动类型与雷诺准数2流体在圆管内的速度分布3