【正文】 管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 流體本身具有粘性 ， 流體流動(dòng)時(shí)因產(chǎn)生 內(nèi)摩擦力 而消耗能量 ， 是流體阻力損失產(chǎn)生的根本原因 。這種流動(dòng)形態(tài)稱為 滯流或?qū)恿?。 解： 運(yùn)動(dòng)粘度 v=μ/ρ， 層流時(shí) Re的臨界值為 2 000， 其中 d＝ 168 2 5=158mm= ν＝ 90 cst＝ 90 102 104m2如圖 3—22，流體流過圓柱體時(shí)，在圓柱表面 ABC處逐步形成邊界層，并因流動(dòng)截面受阻而在 B處流速最大。 影響 湍流流體阻力 的諸因素為： ① 流體本身的物理性質(zhì)：密度 ρ， 粘度 μ； ② 流體流動(dòng)的外部條件：流速 u，管徑 d,管長(zhǎng) l 和管壁的粗糙度 ε等。 1 6 ??? 對(duì)于光滑管 （ ε=0） ， 常用的關(guān)聯(lián)式有柏拉修斯（ Blasius） 公式 (348) )/( R e , d??? ?d. 完全湍流區(qū) Re足夠大時(shí) ,λ與 Re無關(guān) ,僅與 ε/d有關(guān)。 )]2/([ 21 guh ??ξ為局部阻力系數(shù)，用來表示局部阻礙的幾何形狀對(duì)局部阻力的影響，由實(shí)驗(yàn)確定。 回彎頭 le2＝ 10；截止閥 (按 1/2開度計(jì) ), le3=28； 90 176。 ③功率 在單位時(shí)間內(nèi)，液體自泵實(shí)際得到的功稱為泵的有效功率。 其遵循下面的規(guī)律： ① qv－ He曲線 離心泵的揚(yáng)程隨著流量的增大而下降。由實(shí)驗(yàn)提供的流量曲線查得，當(dāng)流量計(jì)讀數(shù)為 900mmHg時(shí)，對(duì)應(yīng)流量為 。 根據(jù)熱力學(xué)原理，氣體受壓縮時(shí)，它的體積、壓力和溫度都發(fā)生了變化，是一個(gè)多變的壓縮過程。s 1 g — 重力加速度， m 往復(fù)式壓縮機(jī)的工作過程可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)步驟進(jìn)行。 )()10(39。 g H eqNe v ??ae NN /??(352) (353) （ 3）離心泵的特性曲線 離心泵的主要性能參數(shù)之間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)確定 ， 測(cè)出的流量 與 揚(yáng)程 、 功率 , 效率 之間的關(guān)系曲線稱為離心泵的特性曲線或工作性能曲線 。啟動(dòng)后，泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，流體在離心力的作用下，從葉輪中心被摔向葉輪邊緣，從而獲得動(dòng)能。 的彎頭各一個(gè) 。m3,μ= 10－ 3Pa )/( R e , d??? ?)2/)(/)(/( R e,2/ 2udldKp ??? ??(347) 對(duì)式 (345)， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知 ， △ p與 l 呈正比 ， 故 b=1。 τ＝ μdu/dy） τ＝ F／ A 要克服 F而使流體流動(dòng) ， 流體必須接受與其大小相等 、方向相反的推動(dòng)力 (p1p2)πr2， 即有 ? ????R u dulr d rpp0 021 m a x 2)( ?drdurlrpp ??? 2)( 221 ???r： 0→ R， u： umax→ 0 整理并積分， 得： m ax2 22/ luRp ????以 d=2R， u=umax/2代入 ， 并整理 或 gudlgphf 2Re64 2????2/32 dulp ???(341) Re/64??式 （ 341） 為流體在圓直管內(nèi)滯流流動(dòng)阻力計(jì)算公式，與式 （ 340） 比較有： (342) gudlhf 22??②湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù) 湍流時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)是不規(guī)則的紊亂運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間互相碰撞激烈，瞬間改變方向和大小。在入口段 L0內(nèi)，速度分布沿管長(zhǎng)變化，至匯合處才發(fā)展成為定態(tài)流動(dòng)時(shí)管流速分布。 滯流內(nèi)層的存在對(duì)傳熱過程和傳質(zhì)過程有很大的影響 。 方彎頭 三通 活接頭 （ 3） 閥門 閥門在管道中用以切斷流動(dòng)或調(diào)節(jié)流量。 gVgVpA RRRR ?? ???轉(zhuǎn)子的上升力等于轉(zhuǎn)子的凈重力時(shí)，轉(zhuǎn)子在流體中處于平衡狀態(tài) gVgVpA RRRR ?? ???式中 Δp—轉(zhuǎn)子上下間的壓差 , VR—轉(zhuǎn)子體積， AR—轉(zhuǎn)子頂端面的橫截面積 , ρR—轉(zhuǎn)子密度 ρ—流體密度 。 圖中 a, a’兩點(diǎn)都在連通著的同一靜止流體內(nèi) ，且在同一平面上，故這兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等： )(1 Rmgpp Ba ??? ?gRmZgpp ABa ?? ???? )(239。 （ 4）流體輸送設(shè)備所需功率的確定 解： 取貯槽液面為截面 1—1’ ，管路出口內(nèi)側(cè)為截面 2—2’ ，并以截面 1一 l’為基準(zhǔn)水平面。s 2/2 m 例 3—l 今有一離心水泵 ， 其吸入管規(guī)格為88. 5 mm 4 mm， 壓 出 管 為 ， 吸入管中水的流速為 m （ 1）理想流體流動(dòng)過程的能量衡算 理想流體是指在流動(dòng)時(shí)沒有內(nèi)摩擦力存在的流體，即粘度為零。動(dòng)能為 mu2/2， 單位為 kJ。m2＝ Pas1。s 1； 質(zhì)量流量 ，以符號(hào) qm表示，其單位為 kgm3； wi—液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 ③ 流體性能參數(shù)的測(cè)量 , 控制 。氣體密度可近似地用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算： ρ=pM/RT p—?dú)怏w壓力 kNm2。s1 液體的粘度隨著溫度的升高而減小， 氣體的粘度隨著溫度的升高而增加 。 μm——常壓下混合氣體的粘度； yi——?dú)怏w混合物中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)； μm=（ ∑yiμiMi1/2)／（ ∑yiMi1/2) μi——與氣體混合物相同溫度下某一組分的粘度； Mi——?dú)怏w混合物中某一組分的相對(duì)分子質(zhì)量 。如果在內(nèi)部有液體流動(dòng)的管壁上開孔，并與一根垂直的玻璃管相接，液體便會(huì)在玻璃管內(nèi)上升，上升的液體高度便是運(yùn)動(dòng)著流體在該截面處的靜壓強(qiáng)的表現(xiàn)。N1域 m。N1，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少米才能滿足加料要求 ？ 解 ：作示意圖， 取高位槽的液面為截面 11’，虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為截面 2—2’ ，并取截面 2—2’為基準(zhǔn)水平面。s 1/( 104m2) = ms1) 104kgs1； u2——流體通過孔板時(shí)的流速 ， m (1) 管 管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為 絕對(duì)粗糙度 ，以 ε 表示。ML3/ML1 當(dāng)量直徑 de定義為： （ 4） 流動(dòng)邊界層 de= 4 流體流動(dòng)截面積 /流道潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度 在邊界層內(nèi)，由于速度梯度較明顯，即使流體的粘性很小，粘滯力的作用也不容忽視；在邊界層外，速度梯度可忽略，無需考慮流體的粘滯力。 在柏努利方程式中 , ∑hf是指流體在管路系統(tǒng)中的總阻力損失， 管內(nèi)流動(dòng)阻力可分為 直管阻力和局部阻力 。 量綱分析法的基礎(chǔ)是量綱一致性原則 ， 即任何方程等式兩邊不僅數(shù)值相等 ， 且應(yīng)具有相同的量綱 。 gudlhf 22??壓力降及壓頭損失 直管阻力 )/( R e , d??? ??? /Re du?查手冊(cè)?共線圖 λ Reε/d 22udlghpff??? ???在圖 3—25找到 Re＝ 104， 再在右邊找到 ε/d＝ 的線 ， 通過兩者的交點(diǎn)在左邊讀出 λ值 。 采用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算管路的局部阻力： ?? )]2/()[/( 21 gudlh e? (351) 例 3—7 要求向精餾塔中以均勻的流速進(jìn)料 ， 現(xiàn)裝設(shè)一高位糟 ，使得料液自動(dòng)流入精餾塔中 ， 如附圖所示 。 ② 正位移式 利用活塞、齒輪、螺桿等直接擠壓流體 ③不屬于上述類型的其它形式的泵，如噴射泵。h 1。 離心泵的轉(zhuǎn)速與 He, Ne及 qV的關(guān)系式如下： （ 4） 離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象 離心泵的安裝高度有一定的限度，超過這一限度，泵就不能吸入液體，這個(gè)限度取決于泵的吸上真空度。 例 ： 38 為了核定一臺(tái)已使用過的離心泵性能，采用如右圖所示的定態(tài)流動(dòng)體系，在轉(zhuǎn)速為 ，以 20℃ 清水為介質(zhì)測(cè)得以下數(shù)據(jù)：孔板流量計(jì)壓差計(jì)的讀數(shù)為 900mmHg， 解： ① 泵的揚(yáng)程計(jì)算，選取真空計(jì)和壓力表所處的位置分別為截面 11’及 22’，在兩個(gè)截面間進(jìn)行能量恒算： )(. 3 5/108 0 0 0 24241 表壓?? ?????? mNmNp（表壓）25242 . ?? ????? mNmNp式中 Z2Z1= msmmkgmskgmHe 0 .1 0 0 0/)..(231245???????????又： u1 = u2 因兩測(cè)壓口間的管路很短，其間的 流動(dòng)阻力可以忽略 ， ???????? fhgpguZHegpguZ )/()2/()/()2/( 22221211 ??② 泵的軸功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Na = 103 = 103 W = kW ② 泵的效率的計(jì)算 有效功率： g H eqNe v ??= m = 103 W= kW 泵的效率為： ae NN /??= () 100%=62% 2． 往復(fù)壓縮機(jī) ① 壓縮機(jī) 壓縮比在 4以上 ， 終壓在 300kPa(表壓 )以上 。 本章從流體的基本性質(zhì)開始 ， 對(duì)流體流動(dòng)的基本規(guī)律 ——流體流動(dòng)的連續(xù)性方程 （ 質(zhì)量守恒定律在流體流動(dòng)過程中的應(yīng)用 ， 用于不同截面上流體流速的相互轉(zhuǎn)換 ）和流體流動(dòng)的柏努利方程 （ 能量守恒定律在流體流動(dòng)過程中的應(yīng)用 ， 用于各類管路計(jì)算 ） 作了詳盡討論 。 的不 光滑程度 ， 流體流動(dòng)的阻力方程用于計(jì)算能量損耗 。 ③ 通風(fēng)機(jī) 壓縮比在 1～ 1 . 15間 ， 終壓不大于(表壓 )。 以儲(chǔ)槽液面 0－ 0’為基準(zhǔn)面，在 0－ 0’與 1－ 1’之間液體流動(dòng)的能量衡算式為： ????? fhgugpHggp )2/()/()/( 2110 ??或 (p0－ p1)/ρg稱為 離心泵吸上真空高度 ，記作 Hs， p1越小，Hs越大， Hg便越大。 離心泵的效率與泵的大小 、 類型 、 制造精度和輸送液體的性質(zhì)有關(guān) 。 離心泵是化工生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的一種液體輸送設(shè)備。cm2(表壓 )， 塔的進(jìn)料量需維持在 50m3m－ 3 12m2 式中 6個(gè)變量的量綱如下： [p] = ML1T2 [ρ] = ML3 [d] = L [μ] = ML1T1 [u] =LT1 [ε] = L 式中 ， M、 L、 T分別表示質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間的量綱 。 3．管內(nèi)流動(dòng)阻力計(jì)算 (335) (334) ??? lff hhh (1)直管阻力的計(jì)算 如圖，流體在長(zhǎng)為 l， 內(nèi)徑為 d的管內(nèi)以流速 u作定態(tài)流動(dòng)，在截面 11’和 22’設(shè)其靜壓力分別為 p1和 p2， 且 p1＞p2， 在兩個(gè)截面之間的柏努利方程式為： ??????? fhgpguZgpguZ ?? /2//2/ 22221211??????? fhgpguZgpguZ ?? /2//2/ 22221211 在等徑水平管內(nèi) ， 有 Z1= Z2， u1=u2=u， 上式變?yōu)椋? fghpp ??? 21(336) 垂直作用于流體柱兩端截面 1—1’ 和 2—2’ 上的力分別為： d1=d2=d， 故推動(dòng)流體流動(dòng)的推動(dòng)力 而平行作用于管內(nèi)表面上的摩擦力 F為 τ為管壁處的剪應(yīng)力。 隨著流體沿壁面向前運(yùn)動(dòng) ， 流速受影響的區(qū)域逐漸擴(kuò)大 。M0表 3—1列出了部分管道的絕對(duì)粗糙度。 oc若液柱壓力計(jì)的讀數(shù)為 ΔR， 指示液的密度為 ρ