大学课件 化工原理上 第1章 流动5.PPT

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资源描述:
作业中存在的问题管内径管外径-2管壁厚常用的表示方法,小结,两种稳定的流动状态层流、湍流判据圆形直管中Re≤2000稳定的层流Re≥4000稳定的湍流2000<Re<4000不稳定的过渡流,1.流体流动的类型,2.直圆管内流体的流动,1剪应力分布,适用于层流或湍流,层流时剪应力分布,(2)层流的速度分布,(3)湍流时的速度分布和剪应力,剪应力,速度分布,3边界层概念,(1)边界层的形成条件流动实际流体流过固体表面(2)形成过程(3)特征层内、层外(4)流动边界层的发展圆管中(5)流动边界层的分离条件、后果,1.4.5流体流动阻力计算1流体阻力的表示方法,流体阻力损失三种表达形式,阻力损失与压力差的区别△Pf流体流经两截面间的机械能损失;△P任意两点间的压力差。,kJ/kg,m,Pa,阻力损失与压力差的的关系,当We0,△z0,△u0时,管路中的流动阻力直管阻力局部阻力直管阻力由于流体和管壁之间的摩擦而产生局部阻力由于速度的大小或方向的改变而引起,2圆形直管内的阻力损失1范宁公式流体流动阻力----流体与壁面间的摩檫力,J/kg,m,Pa,*层流时的摩擦系数及Hangen-Poiseuille方程,2摩擦系数,Hangen-Poiseuille方程,*湍流条件下的摩擦系数影响因素复杂,一般由实验确定。影响因素几何尺寸及形状;表面情况;流体的物性,如密度,粘度等;流速的大小。利用量纲分析法可以得到,式中粗糙度相对粗糙度,*摩擦系数图,*摩擦系数图层流区Re≤2000过渡区2000<Re≤4000湍流区Re>4000不完全湍流区完全湍流区(阻力平方区),*摩擦因子变化规律分析粗糙度对λ的影响层流时绕过突出物,对λ无影响。湍流时◆当Re较小时,层流底层厚,形体阻力小,突出物对λ的影响小;◆当高度湍流时,层流底层薄,突出物充分暴露,形成较大的形体阻力,突出物对λ的影响大。,*用公式求取摩擦系数p47,Blasuis公式,3非圆直管中流动阻力,几种常见非圆管的当量直径1)矩形流道2)环形流道,,3)三角形流道的当量直径,4局部阻力指产生原因,管件、阀门、测量接口、管进出口段,形体阻力,Elbow弯头Bushing大小接头Coupling管接头PlainTee三通Plug堵头Reducer大小头,Typicalscrewedpipefittings,Typicalscrewedpipefittings,Nipples管接头ReducingstreetElbow变径弯头Union活接头,Typicalflangedfittings,Blindflange盲板Screwedflange螺纹法兰Slip-onflange凸缘法兰,Typicalflangedfittings,ElbowTeeLateralTaperreducer,计算方法,实验,归纳出经验公式,式中le----当量长度,式中----局部阻力系数,le及的获得实验,见有关资料。书P51-53,特例1、突然扩大2、突然缩小,管口内管口外,(1)等径管总阻力计算,5系统的总阻力系统总阻力系统各直管阻力局部阻力,2变径管总阻力计算,变径管d,u,λ不同,需分段计算阻力,1.4.6量纲分析,量纲Dimensionlength–Ltime–Tmass–Mtemperature--,M,L,T,L,F,T,M,L,T,F,,Velocityhasthedimensionsoflengthdividedbytime.L/T,量纲单位一个物理量只有一个量纲,可能有多个单位units.eg.DimensionunitlengthLm,cm,mm,km,fttimeTs,min,hrsmassMkglbpoundtemperatureK,F,C,BasicandDerived,量纲L,T,M,其他的物理量由基本量纲表示,VelocityAccelerationForce,单位Unit,SI--SystemInternationalUnitscgs–mostofthephysicalpropertiesdeterminedinlabfps–foot-pound-secondsystemEngineeringunit–usedinindustry,SIcgsfpseng.LmcmftcmftMkgglbkgf.s2/cmslugTsssshrshrKkelvinCCFCFCFFNdynpdlkgflbf,单位换算,1kg1kgfMass1lb0.454kgLength1ft30.48cm0.03048mTemperatureCK-273.15CF-325/9Force1N105dyn,1pdl0.318NEnergy1cal4.178J1erg10-7JPower1hp745wPressure1atm1.033kgf/cm21.013105Pa,1bar100kN/m21mH2O9.807kN/m2,1mmHg0.133kN/m21at98.07kN/m21dyn/cm20.1N/m2,1.4.6量纲分析,流动阻力,量纲分析方法减少实验工作量、实验结果推广应用,,一般实验方法实验量大、实验结果不能推广应用,(1)量纲分析的理论基础物理方程中的各项都具有相同的量纲,即量纲一致的原则。,(2)定理,N---量纲为一数群的数目;n----物理量的数目;m----表达物理量的基本量纲数目。,流动阻力,表示成为幂函数,(3)量纲分析方法,n7m3则N4,,若设b、q、i为已知,则,Eu---欧拉数,Re和Eu的物理意义,*无量纲数群的组合不唯一,*建立在对过程的基本分析基础上,*不能代替实验,具体函数关系由实验获得,*其根本作用,是减少实验工作量。,对量纲分析法的认识,1.5管路计算,基本内容设计型计算、操作型计算(1)设计型计算对于给定的生产任务、流量、操作条件,位头,压头,现场情况,设计管路,计算外加功率。管路设计目标保证稳定安全生产的前提下,使总费用最低。,(2)操作型计算已知管路情况和操作条件,生产能力或核算外加功率是否够用。(3)计算依据1)连续性方程2)机械能衡算方程3)阻力损失计算,设计型计算步骤1)选择流速*经济流速适宜流速书P64表1.5.1总费用操作费设备费,(4)计算方法,原则先保证安全稳定生产,再使总费用最低常见流体,选常用的流速范围,燃易爆流体,不超过安全流速。,2)确定管径,3)计算外加功4)校核设计型计算实例----书P63例1.5.1,按标准圆整,重新计算管内流速,操作型计算的试差的方法,1.5.1简单管路指管径相同,无分支的管路,但可以弯曲有局部阻力特点稳态时,流速恒定、流量恒定,简单管路系统特性分析质量流量体积流量不可压缩流体阻力损失,1.5.2复杂管路1串联管路特点管径不同,但无分支;稳态时,不同管段流速不同;系统阻力计算,需分段计算,再加和。,2分支管路1)质量流量,2)机械能衡算式(a)总管→支管,(b)各支管间关系,3)流量分配与各支管的阻力有关,并相互影响。应用连续性方程计算,3并联管路指分支点和汇合点,是各分支的公共点。1)质量流量2)总机械能衡算,问题∑RA-B用一个分支,还是各分支加和结论并联管路,各支路阻力相等总阻力并联段,只能计入一个支路的阻力损失。,并联管路特点流量阻力,3)流量分配问题各支管,流量是否相同,流量分配,*对上述公式的认识---随阻力计算方法变化*问题如何求λi,方法试差法,1.5.3可压缩流体的流动(自学)可压缩流体多指气体工程处理,处理方法,见书P69-73,作业p8820、22、23,1、流动阻力产生的外因和内因;2、流动类型及判据;3、如何看待过渡流;4、湍流的特征;5、强化传递过程的流动条件;6、降低阻力损失的流动条件;7、层流和湍流时,剪应力和速度分布。,思考,
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