华东理工化工原理第01章04改ppt课件.ppt

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1、1.4.4圆管内流体运动的数学描述数学描述方法：①取控制体（微分控制体或积分控制体）。②作力（热量、质量）衡算。③结合本过程的特征方程（如）解方程。（目的是u的变化规律，涉及到τ的表达）④将结果整理成所需要的形式。1.4.4.1取控制体作力衡算1.4.4.1取控制体作力衡算(p1-p2)πr2-πr2lρg·sinα-2πrlτ=0l·sinα=z2-z1得，(P1-P2)r=2lτ或（用易测量的参数表达难测量的τ）与流体性质、流动类型无关。1.4.4.2层流速度分布层流条件下：特征方程（特征方程，换掉τ）边界条件r=R处u=

2、0积分得由，得湍流条件下：由于μ’的困难而无法解析解。实测后归纳成n=f(Re)（速度u分布规律，目的想知道hf---能量损失，用能量守恒式）1.5阻力损失1.5.1两种阻力损失根本原因—黏性划分：直管阻力损失（沿程阻力损失）局部阻力损失（管件、阀件的阻力损失）1.5.1.1直管阻力损失影响因素：①物性因素ρ，μ②设备因素d,l,ε③操作因素u机械能衡算直管，u1=u2，（这是表现，要找原因）1.5.1.2泊谡叶方程层流时，已得得（泊谡叶方程）则层流阻力损失应用条件：①牛顿流体②层流状态③圆直管速度分布稳定段（非入口段）。层流

3、直管阻力也可写成1.5.2湍流直管阻力损失实验研究方法:基本要求：由小见大，由此及彼量纲分析指导下的实验研究方法的主要步骤：(1)析因实验——找出主要影响因素hf=f(d,l,μ,ρ,u,ε)（每因素做10次实验点，106次实验）(2)无量纲化——减少工作量量纲分析法的基本依据：物理方程的量纲一致性力学范围内基本量纲。质量[M]，长度[L]，时间[T]其它量纲均为导出量纲，如密度[ML-3]。f(hf,d,l,μ,ρ,u,ε)=0选d,u,ρ为基本变量，将hf,l,μ,ε无量纲化(3)实验并数据处理因,习惯用表示速度头，则（也

4、受到层流hf的启示）记摩擦系数（层流λ=64/Re，层流hf与ε/d无关，湍流与其有关）以不同的Re(方便地调节u)，不同的人工粗糙管,以水或空气就可做实验。变量单位因次hfJ/kgL2T-2l,d,εmLum/sLT-1μNs/m2ML-1T-1ρkg/m3ML-3步骤:选因次相互独立的变量代替基本因次：d,u,ρ其余变量：hf,μ,ε,l无因次化；（任何变量都由三个基本因次组成，任何一个变量与三个基本因次幂函数的比为无因次）同样函数的无因次化（要的是hf）1.5.3摩擦系数1.5.3.1莫迪图层流时，管内全部为层流，λ与ε

5、/d无关;湍流时，层流内层厚度δ，δ>ε,水力光滑管,λ与Re有关,与ε/d无关,δ~ε,λ与Re、ε/d都有关,δ<ε,完全湍流粗糙管,λ与Re无关,与ε/d有关。同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管。查Re=3×105,ε/d=0.0005时的λ=0.018查Re=104,ε/d=0.0001时的λ=0.03。1.5.3.2非圆形直管阻力损失用当量直径de这里de仅用于和速度u为实际平均速度，而非圆形管的当量直径1.5.4局部阻力损失管件阀件处流道变化大，多发生边界层脱体,产生大量旋涡，消耗了机械能。录像录像录像1.5.

6、4.1局部阻力计算式工程上取，ζ（截塔）——阻力系数或，le——当量长度实测的ζ和le已成图表，供设计使用。注意:①两种方法并不一致，都有近似；②计算所取速度要看图表规定。阻力的单位有三种：①损失压降Pa=N/m2②损失能量J/kg③损失压头J/N=m管件和阀件的当量长度共线图查截止阀全开,接管内径d=100mm时的当量长度le查管道出口损失ζ值工程计算(一)水平管输油在250kPa的压差下输送ρ=800kg/m3,μ=0.1Pa·s的油品，管长l+le=10km,管内径d=300mm。求:流量为多少m3/s？解：画简图，从1

7、至2排机械能守恒式（λ与u有关，非线性，需试差）因μ较大，可先设Re<2000，（潜藏条件）层流（线性关系，不需试差）验原设成立，计算有效工程计算(二)高位槽送液由一高位槽向搅拌反应器送料，料液性质同20℃的水，流量1.3L/s,镀锌铁管φ42×3mm,管长10m，90°弯头4个，闸阀(全开)1个。试求：Z应为多少m。解：查90°弯头ζ=0.75,闸阀全开ζ=0.17,出口ζ=1取ε=0.2mm,ε/d=0.0056,查λ=0.033。由高位槽液面至反应器液面作机械能衡算（若取管速也是1项动能项；取反应釜大容器u=0但有出口的

8、突然扩大ζ=1也是1项动能项；ζ截塔，ξ克西）两个工程计算的不同特点：①已知设备状况，求生产能力(输送能力)——操作型问题②已知生产能力要求，求设备状况——设计型问题突然缩小造成的阻力主要还在于突然扩大。记住：小→大，ξ=1.0（突然扩大）大→小,ξ=0.5（突然缩小）本次讲