【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 167。 14 流體的流動(dòng)現(xiàn)象 167。 145邊界層的概念 一、邊界層的形成 ? 邊界層：在流體壁面附近的有明顯速度梯度的流體層。 ? 邊界層的厚度 ： uδ= 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 37/89 167。 14 流體的流動(dòng)現(xiàn)象 二、邊界層的發(fā)展 ? 流體在平板上的流動(dòng) ： 層流邊界層的厚度： ζ/x=湍流邊界層的厚度： ζ/x=? 流體在圓形直管的進(jìn)口管段內(nèi)的流動(dòng)： 從管道進(jìn)口至邊界層在管中心匯合的管段長(zhǎng)度稱 進(jìn)口穩(wěn)定段 。 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 38/89 167。 14 流體的流動(dòng)現(xiàn)象 三、邊界層的分離 ? 流體繞過(guò)圓柱 繞流 后果：產(chǎn)生大量旋渦；導(dǎo)致較大的能量損失。 ? 邊界層的分離 流體流過(guò)管件： 擴(kuò)大與縮小 、 直角彎頭 、 圓角彎頭 孔板 文丘里管 轉(zhuǎn)子 蝶閥 隔膜閥 止回閥 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 39/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 ? 產(chǎn)生流體阻力的內(nèi)因：流體粘性 ? 產(chǎn)生流體阻力的外因：流體流過(guò)固體壁面時(shí)，固體壁面促使流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 ? 基準(zhǔn) 單位質(zhì)量： ∑hf， J/kg；單位重量： Hf， m； 單位體積： ΔPf， Pa， 在通常情況下 ΔPf不等于 ΔP ； 關(guān)系： ∑hf=gHf= ΔPf/ρ。 ? 阻力的分類 直管阻力 hf（沿程阻力） 局部阻力 hf180。（流過(guò)管件：彎頭、活接頭、孔板閥等） ∑hf= hf+ hf180。 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 40/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 一、計(jì)算圓形直管阻力的通式 167。 151流體在直管中的流動(dòng)阻力 l1122p1p2uFFd? 范圍與基準(zhǔn)面：? 柏努利方程： 22121212121222212114)022dppPPhppuuuZZhpugZpugZff???????????????????（；壓差力：；；材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 41/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 22444)(22221udluhdlhdldppdlFff???????????????難以確定。的量綱，且流體阻力與動(dòng)能有相同力平衡：流體柱表面的摩擦力：22222:228uffudlPudlhuff??????????????范寧系數(shù)，其定義式：：摩擦系數(shù)或：則：令：4 f? ?材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 42/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 二、粗糙度的影響 粗糙度： ε 相對(duì)粗糙度： ε／ d 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 43/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 三、層流時(shí)的摩擦系數(shù) rd rRp1p2l? 速度分布：取如圖所示的控制體 2221 2)( rPrlrpp fr ???? ????力平衡：?? ???????rRurr r drlPfdur drlppdu r?? 22)(021drdu rr ?? ??材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 44/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 ))(1()(42m a x22RruurRlPurfr???????lRpu f42m a x??? 平均流速與最大流速的關(guān)系 ： 202RVsAVsur d ruVsRr????? ?m a x02m a x2 212))(1(1 uur drRruRuR???? ? ??材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 45/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 ? Hagon—— Poiseuille公式 ： 22/,2/2m a x324m a xdluPlRPufuudRf ?? ??????? ???? ??Re64264232222?????????????udlduhudlhdluPhffff?材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 46/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 四、 湍流的摩擦系數(shù)與因次分析 ? 實(shí)驗(yàn)研究方法的基本要求：由小見(jiàn)大，由此及比。 ? 因次論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法的主要步驟： 析因?qū)嶒?yàn) → 因次分析 → 組織實(shí)驗(yàn) → 數(shù)據(jù)處理 → 經(jīng)驗(yàn)公式 ? 影響因素： 流體物性： μ、 ρ； 設(shè)備： d、 l、 ε；流動(dòng)條件： u 。 hf=f（ μ 、 ρ 、 d、 l、 ε 、 u） ? 因次分析： 理論基礎(chǔ)： 因次一致性原則 π定理： i=nm。 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 47/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 因次分析：將基本變量依次與余下的變量組成無(wú)因次數(shù)群，用待定系數(shù)法確定無(wú)因次數(shù)群的具體表達(dá)形式。各變量的因次表達(dá)式如下： 過(guò)程變量 hf u ρ μ d l ε 因次 . θ1 L L L 基本變量： n∈ m； 條件： 1） 不含代求的變量； 2） 不含因次相同的； 3） 包括所有變量中出現(xiàn)的量綱。選擇： d、 u、 ρ。 444333222111 4321 zyxzyxzyxzyxfududlududh?????????? ????材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 48/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 0)(2:0)3(2:0:11111??????????yzyxLzM?對(duì)對(duì)對(duì)020111???zyx21 uhf??Π 1被稱為歐拉準(zhǔn)數(shù)，可理解為流體阻力與動(dòng)能之比 111111 )()( 31220001 zyxzyxfMLLLLLMudh?????? ? ????材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 49/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 ???du?2Π 2:為雷諾準(zhǔn)數(shù)的倒數(shù) )(2 dldduFuhf 、 ????ddl ??? ??43特定幾何形狀的特征尺寸之比 —摩擦系數(shù)—、則：、流體阻力的計(jì)算通式：)(2)(222dduudldduhudlhff?????????????? 摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式： 光滑管： Blasius公式： λ=； Re=3 103~105 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 50/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 63103~103ReRe5 0 0 5 ?????適用范圍：顧毓珍等公式： ?Re1Re)Re g (1???????????????????ddK a r ma nN i k u r a d s edddC o l e b r o o k適用條件：公式：適用條件：公式：粗糙管 : 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 51/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 思考： 由圖可見(jiàn)， ?? ?，Re ，這與阻力損失隨 R e 增 大而增大是否矛盾？ 阻力平方區(qū) ??????? df ?? Re ,摩擦系數(shù)曲線 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 52/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 五、非圓形直管的流體阻力 引入當(dāng)量直徑，仍按圓形直管計(jì)算。 22udlhfe??當(dāng)量直徑 潤(rùn)濕周遍流通截面水力半徑 ?? ? ? ? dDdDdDde ?????? ??4422d D ee rdRRRr 4222???? ??R 潤(rùn)濕周邊流通截面積??? 44ee rd材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 53/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 外 殼 內(nèi) 徑 為 D , 列 管外 徑 為 d , 則 殼 程 的當(dāng) 量 直 徑 d e = ?ab矩 形 管 道 的 d e = ?注意： de只用以計(jì)算 Re和l/de，不能由de及 Vs計(jì)算 u。 167。 152管路上的局部阻力 一、阻力系數(shù)法 克服局部阻力所引起的機(jī)械能損失，可以表示成動(dòng)能的函數(shù)。 239。2uhf ??ζ：稱局部阻力系數(shù)，從有關(guān)手冊(cè)、圖表查取，或由實(shí)驗(yàn)測(cè)定 材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 54/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2 a . 突然擴(kuò)大 b. 突然縮小A1 A2 A1 A2 ? 突然擴(kuò)大： hf’=ζu12/2 u 管出口 ?o=1? 突然縮?。? hf’=ζu12/2 u 管入口 ?i= 0 .5材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 55/89 167。 15 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 39。2239。22udlePfudlehf ??? ??? 或二、當(dāng)量長(zhǎng)度法 將流體流過(guò)局部管件或閥的機(jī)械能損失等效為流過(guò)相同直徑長(zhǎng)度為 le的直管的機(jī)械能損失。 le由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或從有關(guān)手冊(cè)查取。 167。 153管路系統(tǒng)的總機(jī)械能損失 ? 簡(jiǎn)單管路系統(tǒng)的總機(jī)械能損失等于所有管段的直管阻力和所有管件的局部阻力之和。 管件管段的第表示第管段，其直徑為：第 jijdiiudludlelhfiNiNiMjijiMj:。2))((21 1 1221? ? ???? ? ?????? ???材料與化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程教研室 化工原理 第一章 流體流動(dòng) 56/