化工原理第一章流體流動(dòng)課件-在線瀏覽
2024-12-06 12:22本頁面
【正文】 數(shù)值上：表壓 = 真空度 p1 表壓 絕對(duì)壓 絕對(duì)壓 真空度 絕對(duì)真空 當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮? 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法 1） 簡(jiǎn)單測(cè)壓管 （ 圖 17） pA=pa+ρg R 適用于 （ 1） 高于大氣壓的壓強(qiáng)的測(cè)定 （ 2） 只適用于液體 ， 不適用于氣體 （ 3） 如 pA過大 ， 則 R將很大； 如 pA過小，則 R將很小，測(cè)量誤差增大。qv） 體積流量 qv， m3/s 流速 ——質(zhì)量流速 G， kg/m2s（ qm /A） 體積流速 u， m/s （ qv /A） 2）點(diǎn)速度 u 圓管：粘性 ， 速度分布 工程處理方法：平均值 3）平均速度 ū 平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法 平均流速 ——按照流量相等的原則，即 平均流速只在流量與實(shí)際 的速度分布是等效的，并 不代表其他方面也等效。 ? ? ????vAAq u A u d AudAuA????????vmwmquAq q u AqGuA4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程） 取控制體作物料衡算（歐拉法） 212221122122112121222111222111,0..dduuAAuucAuAucqqccqqcAuAudVtdVtAuAuvvmmVV????????????????????圓管：，對(duì)不可壓縮流體：—連續(xù)性方程式—即：定態(tài)流動(dòng)：??????? 機(jī)械能守恒 1）沿軌線的機(jī)械能守恒 理想流體： μ=0 運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)量力和壓強(qiáng)力的作用 222P2pugz cucB er n ou l l i??? ? ???不 可 壓 縮 流 體 ，或 ：理 想 流 體 沿 軌 線 的 機(jī) 械 能 守 恒（ ） 伯 努 利 方 程上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。 理想流體管流的機(jī)械能守恒 均勻流段 （各流線都是平行的直線并與截面垂）： 同一截面上各點(diǎn)的總勢(shì)能 P /ρ相等（圖 112） 理想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速 u相等 所以，伯努利方程對(duì)管流也適用 221 1 2 212 22??? ? ? ? ?p u p ug z g z實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算 與理想流體的差別 μ≠0 ， u=f(r) 流動(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能 ， 機(jī)械能不守恒； 均勻流段上 ， 截面上各點(diǎn)的動(dòng)能 u2/2不等 ， 工程上用 平均動(dòng)能代替之 。 動(dòng)能因子 α 在工業(yè)上常見的速度分布 α≈ 1， 動(dòng)能項(xiàng)可用平均流速 。 位能基準(zhǔn)面可選任一截面 ， 或容器的液面 、 管 中心 …… 單位一致 （ 特別是壓強(qiáng) p） 1） 重力射流 見圖 1－ 14 上液面有溢流口 ， 使液面恒定； 液體由小孔流出有收縮現(xiàn)象 ， C截面為最小 。 求：出口處流速及虹吸管最高處的壓強(qiáng)。 作用于控制體的外力的合力＝ 單位時(shí)間流出的動(dòng)量－流入的動(dòng)量＋動(dòng)量的累積 定態(tài)流動(dòng)累積項(xiàng)為零 上面三個(gè)公式是三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量。 柏努利方程： 動(dòng)量守恒定律： 可見動(dòng)量守恒式預(yù)示的壓強(qiáng)上升比機(jī)械能守恒式大。 222 1 1 2()2p p u u?? ? ?222 1 1 2()p p u u?? ? ?222 1 1 2()p p K u u?? ? ?機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律的關(guān)系 都是從牛頓第二定律出發(fā)，反映流體流動(dòng)各運(yùn)動(dòng)參 數(shù)變化規(guī)律。 2）當(dāng)控制體內(nèi)的各作用力難于確定，機(jī)械能耗損可以確定，則用機(jī)械能守恒定律。 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 化工過程都與流體流動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān) 如：管內(nèi)流動(dòng)流速 U～ ΔP的關(guān)系 說明不同的流速范圍流體壓降機(jī)理不同。 嚴(yán)格講上述判據(jù)是穩(wěn)定性的判據(jù)， Re2021時(shí)，干擾 出現(xiàn)流動(dòng)偏離層流，干擾消失，又恢復(fù)為層流。 定態(tài)性指運(yùn)動(dòng)參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系； 穩(wěn)定性指系統(tǒng)對(duì)外界干擾的反應(yīng)。 瞬時(shí)流速 ux 時(shí)均速度 脈動(dòng)速度 實(shí)際的湍流流動(dòng)是在時(shí)均流動(dòng)上疊加一個(gè)隨機(jī)脈動(dòng)。39。xxxyyyzzzu u uu u uu u u??????ux t T xu39。 湍流強(qiáng)度： 其數(shù)值與旋渦的旋轉(zhuǎn)速度和包含的機(jī)械能有關(guān)。 兩點(diǎn)脈動(dòng)速度的相關(guān)系數(shù)： R＝ 0～ 1 湍流尺度： Re增大，湍流尺度減??；因此要打碎液滴，需高 Re。239。39。 2 39。式中的 μ ’ 稱為湍流黏度。它不是流體的物性。 通常定義 —— 流速降為未受邊壁影響流速（來流）的 99％以內(nèi)的區(qū)域未邊界層。 39。 判據(jù)仍為雷諾數(shù) 對(duì)于管流，在入口一段距 離后，邊界層在管中心匯 合。 入口端距離約為管徑的 40倍。 xdudyU0 U0 U0 xc 層流區(qū) 過渡區(qū) 湍流區(qū) 層流內(nèi)層 平板上的邊界層 50R e ( 5 10 )ux????臨 界 值 通 常 取邊界層分離現(xiàn)象 1）流道擴(kuò)大必造成逆壓強(qiáng) 梯度； 2）逆壓強(qiáng)梯度容易造成邊 界層分離； 3）邊界層分類造成大量旋渦， 大大增加機(jī)械能消耗。 212212()si n2002pgpgF p p rF r l gF rlFF F Frl???? ? ??????? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ?????壓 強(qiáng) 力 ：重 力 ：剪 力 ：由 牛 頓 第 二 定 律 ： 勻 速 運(yùn) 動(dòng)PPR r 122 Rl? ?PPτ 層流時(shí)的速度分布 122212212m a x2m a x212m a x2()4( 0)4( ) 011 228rldudru R rlr u u Rlr R uruuRu u Rl?????????????? ? ??? ? ? ????????? ???????????? ? ?力 平 衡 方 程 ：層 流 特 征 方 程 ：聯(lián) 立 積 分 ：管 中 心 處 ：管 壁 處 ：速 度 分 布 ：層 流 時(shí) 點(diǎn) 速 度 沿 管 徑 的 分 布 為 拋 物 線 ( 圖 1 － 29 ）積 分 后 ， ＝ 。一 般 在 發(fā) 達(dá) 的 湍 流
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