化工原理(清华大学)第一章流体流动.pdf
《化工原理(清华大学)第一章流体流动.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理(清华大学)第一章流体流动.pdf(20页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、3 第一章流体流动 第一节流体流动中的作用力 Key Words: Fluid flow, Shear stress, Fluid statics, Density,Viscosity, Pressure 管道输送 化工过程中的流体流动多相流 单元操作中流动现象 一、体积力和密度: = m/V p T 液体基本不变稍有变化 气体改变改变 理气 mn Mp M VVR T 混合密度:体积分率: XV1XV2 气体: 1122mVVXX(1m 3 为基准)总质量ABC 液体: 1Kg 混合液为基准,质量分率: X w1X w2 12 12 1 ww XX 总体积 ABC 二、压力: 1atm=1.
2、01310 5 N/m2 =10.33m(水柱),760mmHg 压力表:表压绝压大气压 真空表:真空度大气压绝压表压 确切标明(表)、 (绝) 、 (真) 三、剪力、剪应力、粘度: 流体沿固体表面流过存在速度分布: Fdu Ady :动力粘度、粘性系数 牛顿型 du dy 塑性 y du dy 非牛顿型假塑性 ()1 ndu kn dy 涨塑性 ()1 n du kn dy 粘度: 2 2 / / NmN S Pa s m s mm T液体,气体 P基本不变基本不变40atm 以上考虑变化 4 混合粘度:不缔合混合液体loglog mii x( i x 摩尔分率) 低压下混合气体 11 22
3、 / miiiii yMy M ( ii yM摩尔分率,分子量) 第二节流体静力学方程 一、静力学基本方程: 方向与作用面垂直 静压力各方向作用于一点的静压力相同 同一水平面各点静压力相等(均一流体) 对于 Z 方向微元: () 0 pApdp AgAdz dpgdz 不可压缩液体: 1221 ./. () constpgzconst ppg ZZ , 1、不可压缩流体 条件:2、静止 3、单一连续流体 结论:单一流体连续时同一水平面静压力相等 间断、非单一流体逐段传递压力关系 二、流体静力学方程的应用: 1、压差计: 1122 12 12 () 0 BBA AB B A pghpghgR p
4、pgR ppRg 若 微差压差计 pgR :10:1D d cA 与很接近 R 很大时,液面相似 5 例::10:1D d, 33 CA 920kg/m998kg/m,若0.3Rm 222 ()0.003m 44 d Dhd RhR D 1ACC ()pRggh=229.6+27.1=256.7N/m 2 (表) 2、液面计: Hg gHgR 水 Hg(/)HR水 3、液封 4、液体在离心力场内的静力学平衡 2 22 21 21() 2 pp rr 第三节流体流动的基本方程 Key Words: Mass flow rate, V olumetric flow rate, Velocity,
5、Mass velocity, Equation of continuity, Bernoulli equation, Potential energy, Kinetic energy, Loss of mechanical energy, Work 一、流量与流速: 体积流量:/ S VV,质量流量:/ S ww 流速:/ S uVA ,质量流速:/ S GwA / SSS wVuAGwAu 管路流速:液体 0.53 m/s, 气体 1030 m/s 综合考虑:流量生产任务;流速、动力、设备、工艺 二、连续性方程: 123SSS www流动系统各截面上:.uAconst。 若.const 11
6、22 u Au A圆管 2 1221 /uudd 三、总能量衡算和柏努利方程:稳定流动体系中讨论 1、与流体有关的能量形式和总能量衡算 内能,mUf T p, 位能mgZ, 动能 2 1 2 mu,静压能(流动功) 流体进入划定体积需要对抗压力作功,所作功转化为流体静压能带入划定体积。 质量为 m、体积为V 的流体,进入划定体积 上游压力:Pp A; 所行距离:/lVA;_P A 6 功:PlpV流动中存在 总能量: 2 2 mu mEmUmgZpV; 外界输入: e mQ, e mW 对两个不同截面: 22 12 11112222 22 ee mumu mUmgZpVmQmWmUmgZp V
7、 2、柏努利 (Bernoulli) 方程式: 单位质量流体 2 / 2/ eeUgZupQWVm (比容) 根据热力学第一定律:W: 膨胀功; Q: 两部分环境 Qe 和 阻力消耗 2 1 ef UQWQhpdv 2 2 1 2 v ef v u gzpvpdvWh 222 111 2 / 2 pvp pvpef pvvdppdvg ZuvdpWh 不可压缩流体: 2 1 / p p vdpp 2 / 2/ ef g ZupWh 对于理想流体:0 f h ,无外功0 e W, 22 111222 / 2/ 2/gZupgZup 3、讨论 代表能量的转化:对于理想流体const.; 实际流体(
8、非理想)系统能量随流动,实际流体的流动条件E E出或 We0; Z,p,u,状态函数, We, f h 过程函数; 当0 e W,uo,0 f h,静力学方程; 三种不同形式gZ,gZ,Z (J/kg) , (N/m 2) , (m) (流体柱) 可压缩流体(p1-p2)/p1 10%。 4、使用条件: a、稳定流动 b、计算空间连续,不可压缩 c、截面选定:缓变均匀流 d、单位一致性 e、管内流动, , ,u z p为平均值 四、柏努利方程的应用: 7 画图 计算步骤:截面选取:从上游到下游,1-1 2-2 沿流动方向 计算 1-1,2-2 间的 We和 h f 基准水平面 单位 压差计读数
9、 1122 12 ABc AABBc ppghppg hRgR pp pgZpgZRg R:A、B 两处位能与静压能总和之差。 22 22 AB AABBf uu pgZpgZh 均匀管路: AB uu AgABBf pZpg Zh * 水平管:压测管指示为静压差 1212 dddd, * 均匀管路:压测管指示为 f h(不一定水平) 截面选取: 水池: 1-1: Z=0, p=0, u=0 水池内管外: Z=-h, p=hg, u=0 喷口出口 (内): u = u 管, p = p塔 喷口出口 (外): u = 0, p = p 塔 流向判断: 22 1122 /2/2pupu, 求出 2
10、 p 能否流动是静力学问题,一旦流动,汇合管路,p2值变化。 8 习题讨论课: 125 马利奥特容器。 内径 800mm,A 管 d=25mm。 选 11,2 2。 2 22 1 0.3/ 2 0.820.61.989/ ( 0.81.1)/(1.9890.025)566.2 44 gu ugm s ts 2 212 2 0 1 23 0 8. 887 5 2 D thsttts C dg 11122 2 2 22 2 0 000,0 / 2,22 1 2 442 o ZhupZu p hguughuCgh D d udDdhh C dg 2 ,;,u 1-26 (1)a 关闭, b 开启。
11、选 11,2 2 2 4.5 4.00.5 /21300 3.233 gHgH g Hm 油水 水水 (2)a 开启, b 也开启。 选 11,a-a 2 (4.5)/ 3.70.5 /21300/ 2.162 gHgH g Hm 油水水 水 (3)a、b 均关闭,虹吸。 第四节流体流动现象 9 Key words:Flow phenomena, Reynolds number, Laminar flow, Turbulent flow, Boundary layer 一、剪应力和动量传递: 粘性定律:多层同心圆式流动 (/)()Fmamdu dd mu AAAAd 剪应力:单位时间通过单位面
12、积的动量动量通量。 二、两种不同的流动形态 上述讨论基于不同流体层的假设,但这种假设仅在u 很小时才能成立。 1、雷诺实验: u 小时,质点沿彼此平行的线运动; u 上下波动; u波动加剧,最终全管均一。 2、雷诺数:运动分为滞 (层)流、湍 (紊)流 存在一个临界速度: 11 c u d Re/ud(无因次 ) d:特征长度,Re4000 湍流 3、雷诺数的意义: 流体流动中惯性力与粘滞力之比 u :单位时间通过单位面积的质量kg/m 2 s u 2:单位时间通过单位面积的动量 惯性力 u/d 速度梯度,u/d 粘滞力 u 2/ u/d = ud/ =Re u ,Re惯性力占主导地位惯性力加
13、剧湍动 u ,Re 粘滞力占主导地位粘滞力抑制湍动 三、管内的滞流与湍流 分层流动,各质点互瞬间速度uiinstantaneous velocity 滞流不碰撞互不混合,湍流脉动速度uifluctuating velocity 速度分布为抛物线型时均速度 i umean velocity 2 1 21 1 iiiii uuuuu d ui与位置有关 中心 ui 大,壁面ui=0 i u为稳定值,不随时间变 层流湍流 10 1、速度分布: 22 max(1 /)uurR 1/ max(1 /) n uurR 0r时: 2 max 1 4 dp uR dl Re=1 10 5 左右, n=7 2、
14、平均速度: max 1 2 uun=7, max 0.817uu Re, n,u/umax 410 3 n=6 1.110 5 n=7 3.210 6 n=10 3、动能: 2 u 22 1 0.53 2 uu 层流时小了一半,但动能项小。 4、剪应力: du dy () e du dy :涡流粘度 四、边界层概念: 1、问题的提出: du/dy 集中于壁面附近;主体可按理想流体处理 分界: 99u 以均匀 u 流近平板 2、边界的形成和发展受平板影响出现du/dy 动量传递,边界层加厚 边界层厚度 研究内容:边界层速度分布 剪应力,壁面阻力 3、边界层的分离(形体阻力) A: u=0, pm
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 原理 清华大学 第一章 流体 流动
链接地址:https://www.31doc.com/p-5603002.html