化学工程基础 流体流动 .pptVIP

2.2流体在管内的流动管壁处r＝R时，，积分可得速度分布方程(r?R)定态流动时，Δp为一定值。上式即为流体在圆管中层流时的速度分布方程式，是一抛物线方程。第94页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动管中心流速为最大，即r＝0时，即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。②最大流速第95页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动③流量在流体柱上半径r处取厚度为dr的一个薄环，则通过环形截面流道的流量为：1’12’2第96页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动流量管截面上的平均速度:即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。④平均流速第97页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动二、湍流时的速度分布剪应力：ε为湍流粘度，与流体的流动状况有关。湍流时的速度分布不能通过理论推导出来，只能由实验测得它的分布图形。它不是抛物性分布，而是管中心的流速几乎拉平，靠管壁处才有明显的速度分布。因此，管道中的高度湍流被近似称为”活塞流”，即所有流体质点的流速均相等。第98页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动二、湍流时的速度分布湍流速度分布的经验式：近似为”活塞流”第99页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动n与Re有关，取值如下：当n=7时，流体的平均速度:第100页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动2.2.10流体流动阻力直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。a、管路系统由直管和管件组成。管件包括弯头、三通、阀门、突然扩大与缩小和流量计组成。本质：因流体粘性所引起的内摩擦力而产生的能量损失，在伯努利方程中为机械能损失。第101页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动1.4.1直管阻力一、阻力的表现形式b.流体流动阻力的大小与流体性质、流动型态、管路的特征和长度等有关。HfPa(J/kg)m流体柱第102页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动流体在水平等径直管中作定态流动。第103页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动若管道为倾斜管，则流体的流动阻力表现为静压能的减少；水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。第104页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动二、直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：令定态流动时改写：第105页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动——直管阻力通式（范宁Fanning公式）——摩擦系数（摩擦因数）则Pa上式中压力降以动能、管子特性尺寸，及摩擦系数λ表示。λ与τ有关，τ与流动型态和流动性质有关。流体在管内流动时产生的阻力可通过压力降Δp的测定来计算，而阻力产生的原因是τ，二者互为因果。该公式层流与湍流均适用；第106页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动三、层流时的阻力损失计算速度分布方程又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）公式表征管内层流流动时的平均流速与压力降的关系。第107页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比。变形：比较得J/kg第108页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动四、湍流时的阻力损失计算与量纲分析①湍流流动的质点运动很复杂，其剪应力不能简单地用数学式描述，也无法用理论推导得到阻力计算式。②在化学工程中常通过实验并用量纲分析法建立经验关联式。③实践证明，这些经验关联式同样可用于解决工程设计和控制操作等实际问题。第109页，共178页，星期日，2025年，2月5日2.2流体在管内的流动(1).量纲(因次)分析法目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：量纲（因次）一致性即每一个物理方程式的两