现代化工原理学--流体流动概述.pptx

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1、1.流体流动化工原理1.1概述1.2流体静力学1.3流体流动中的守恒原理1.4流体流动的内部结构1.5阻力损失1.6流体输送管路的计算1.7流速和流量的测定1.8非牛顿流体的流动（略）1.1概述1.1.1流体流动的考察方法1.1.2流体流动中的作用力1.1.3流体流动中的机械能1.流体流动返回1.1.1流体流动的考察方法问题的引出：1、为什么要研究流体流动？流体流动规律是本门课程的重要基础，涉及流体流动规律的主要有以下三个方面：(1)流动阻力及流量计算(2)流动对传热、传质及化学反应的影响(3)流体的混合

2、效果2、流体流动研究的内容是什么？流体流动的宏观规律与内部结构。3、采用什么方法研究流体流动的宏观规律？力-运动-能量，即受力分析、运动描述、能量分布。1.流体流动1.1.1流体流动的考察方法一、连续性假定(Continumhypotheses)1、为什么流体要看成连续？原因：气体和液体统称为流体。流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。不同的考察方法对流体流动情况的理解也就不同。在流动规律的研究中，感兴趣的不是单个分子的微观运动，而是流体宏观的机械运动，因此可以流体在空间流动假定为连续分布的。在物理化学中（

3、气体分子运动论）是考察单个分子的微观运动，分子的运动是随机的、不规则的混乱运动，在某一方向上有时有分子通过，有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将是非常复杂的。1.流体流动1.1.1流体流动的考察方法2、怎样看成连续的（假定内容）？⑴考察对象：取流体质点而不是单个分子作为最小的考察对象。流体质点（微团）——是指一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多，即足够大、足够小。⑵流体是由大量质点组成的，彼此之间没有空隙、完全充满所占空间的连

4、续介质。注意：这种假定在绝大多数情况下是适合的，但是在高真空稀薄气体的情况下是不成立的。1.流体流动1.1.1流体流动的考察方法二、运动的描述方法——拉格朗日法和欧拉法1、拉格朗日法：选定一个流体质点，对其跟踪观察，描述其运动参数（位移、速度等）与时间的关系。即，同一质点在不同时期的运动状态（跟踪法。）2、欧拉法：在固定的空间位置上观察流体质点的运动情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情况随时间的变化，例如对速度u，可作如下描述：1.流体流动可见：欧拉法是空间一定，不同质点在同一时刻的运动状态(关卡法)。1.1.

5、1流体流动的考察方法3、它们的应用场所拉格朗日法应用于所研究的任一点均遵循一般规律的问题。一般情况下，需对流动作出描述时，都采用欧拉法。对定态流动更是如此。三、定态流动空间各质点的运动不随时间而变化，则称为定态流动。1.流体流动1.1.1流体流动的考察方法四、两种考察方法的比较1、流线与轨线⑴轨线：某一质点的运动轨迹(拉格朗日法的结果)。⑵流线：同一瞬间时不同质点的速度方向(欧拉法的结果)。如右图，流线上四个箭头分别表示在同一时间四个不同空间位置上a、b、c、d四个流体质点1.流体流动⑶流线的两个重要属性①各流线是不

6、会相交的②不是真正几何意义上的点，而是具有质点尺寸的点1.1.1流体流动的考察方法2、系统与控制体⑴系统：是包含众多流体质点的集合（是采用拉格朗日法考察流体的），系统的边界随着流体一起流动，其形状和大小都是随着时间而变化。⑵控制体：是划定一固定的空间体积，构成控制体的空间界面称为控制面，控制面总是封闭的固定界面。（采用欧拉法考察流体的）1.流体流动系统控制体控制面1.1.1流体流动的考察方法小结：考察方法选择：固体质点运动——拉格朗日法流体流动——欧拉法1.流体流动返回1.1.2流体流动中的作用力一、种类1、体积力体

7、积力（质量力）与流体的质量成正比，对于均质的流体也与流体的体积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力就是一种体积力，F＝mg。重力与离心力都是典型的体积力。2、表面力—内摩擦力表面力与流体的表面积成正比。若取流体中任一微小的平面，作用于其上的表面力可分为压力P与剪力τ。1.流体流动1.1.2流体流动中的作用力⑴垂直于表面的力P，称为压力。单位面积上所受的压力称为压强p。1.流体流动⑵平行于表面的力F，称为剪力（切力）。单位面积上所受的剪力称为剪应力τ。1MPa（兆帕）＝106Pa（帕斯卡）注意：国内许多教材习惯上把

8、压强称为压力。1.1.2流体流动中的作用力二、粘性与内摩擦力1、粘性的宏观表现—内摩擦力。2、粘性的物理本质—分子间引力和分子的运动和碰撞。3、牛顿粘性定律1.流体流动—流体的粘度；—法向速度梯度1.1.2流体流动中的作用力三、流体与固体的力学特性两个不同点（一般了解）1、固体表面的剪应力τ∝剪切变形（角变形）而流体内部的剪应力τ∝剪切变形速率