考试点专业课:西北工业大学 872 化工原理基础讲义
34页1、第一章流体流动 1.1概述 一、流体的概念 流动的物质:气体、液体的统称 连续性假设:流体的不可压缩性(高真空的气体除外) 二、流体的粘性 1、牛顿粘性定律 2、粘度的单位及换算3、温度与压强对粘度的影响 任何流体都有粘性,但粘性只有在流体运动时才会表现出来。所以粘度又称动力粘度(注意区别“运动粘p 常温、常压下,水的粘度约为 1cPp 温度升高液体的粘度减小,气体的粘度增大 p 压强对流体粘度的影响一般可忽略 p 其他流体的粘度一般可通过查手册等获得牛顿流体和非牛顿流体 p 牛顿型流体 剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体,即 n=1。 如水、所有 气体都属于牛顿流体。 p 非牛顿型流体 剪应力与速度梯度的关系不服从牛顿粘性定律,即 n1。 如泥浆、某些 高分子溶液、悬浮液等。1.2静力学基本方程1.2静力学基本方程静力学基本方程的静力学基本方程的意义意义:在静止的流体内部,任一点的位压能和静压能之和为常数,两者 互相转换。在静止的流体内部,任一点的位压能和静压能之和为常数,两者 互相转换。 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用 液柱压差计:液柱压差计:U 型压差计、微差
2、压差计和斜管压差计等U 型压差计、微差压差计和斜管压差计等dydu AFdyduAF秒)(帕斯卡厘厘泊秒)(帕斯卡厘厘泊sPa10)P(10)1cP(32n dydu AF)(n=1, 牛顿流体牛顿流体 n 1,非牛顿流体,非牛顿流体G Z1 Z2 P1A P2A P0 图 1 1 静 力 学 基 本 方 程 的 推 导PZg常数常数gZPgZP1122gPPH02考试点考研网 w w w .k a o s h i d i a n .co m1条件条件: :重力场中的静止的、连续的和不可压缩的流体重力场中的静止的、连续的和不可压缩的流体1.3流体在管内的流动一、流动类型 流量和流速:一般是指管内的平均流速(管子规格) ,注意常用流体的适宜流速范围。 水(13m/s) , 一般气体(1020m/s) 稳定流动和不稳定流动 二、流动现象 雷诺实验:雷诺数、流动类型考试点考研网 w w w .k a o s h i d i a n .co m22000层流(也称滞流)20004000过渡流 4000湍流(也称紊流)例 1520的水在直径为603.5mm 的钢管中流 动,如水流速度为 1.5m
3、/s 时,试判别其流型。解:已知:d=0.0600.00352=0.053m,u=1.5m/s, 水在 20时的密度=103kg/m3、粘度=10-3Pa.s。所以所以水流型态为紊流。 边界层及其分离 边界层的产生是因为流体具有粘性的结果0003Re mLLmLmLLdu考试点考研网 w w w .k a o s h i d i a n .co m3边界层按其流型有层流边界层和湍流边界层之分。 在壁面的前一段,边界层的流型为层流,称为层流边界层。 离开平壁前缘若干距离后,边界内的流型转为紊流,称为紊流边界层,其厚度较快地扩展。 即使在紊流边界层内,近壁处仍有一薄层,其流型仍为层流,称为层流底层。 圆管内的边界层圆管内的流动有规律性,经过稳定段后流体流动才达到稳定,在入口段存在边界层 的扩大或增长过程。边界层的分离流体在遇到障碍物时会产生边界层的分离现象, 原因是作用在流体上的静压强改变了流 体的流动状况,本质是能量转换造成的结果。 研究边界层及其分离的目的是进一步了解流体在流动过程中的现象和本质, 为后续的研 究和应用提供一个基础。 如层流底层的提法能在一定程度上解释传热和吸收传质过程
4、中存在 的现象和规律。 三、流体流动的基本方程 1、连续性方程:根据质量守恒定律, 1A1u1=2A2u2 2、实际流体的柏努利方程: 衡算范围:内壁面、11 与 22 截面间连续的流体 衡算基准:1kg 流体 衡算基准面:00 水平面 目的:考察 11、22 截面间流体的总能量W2W1考试点考研网 w w w .k a o s h i d i a n .co m4根据能量守恒定律,在连续稳定流动条件下, 1kg 流体在截面 11 与 22 间的总能量衡算式为:输入输出此式称为以热力学第一定律表示的能量衡算式。式中的能量可分为两类:一类称为机械能, 包括 位能、动能、静压能与外部机械输入的能量; 另一类为内能与热。 根据热力学第一定律,流体内能的变化等于流体 所获得的热量减去它所作的功,即再研究系统内热量的变化:对不可压缩流体,其比容或密度为常数,均与压力无关,实际流体的柏努利方程理想流体的柏努利方程考试点考研网 w w w .k a o s h i d i a n .co m5条件:理想流体(粘度为零,因此在流动过程中不会产生粘性阻力,即hf0) ,并且无外 加功(即 We0) 。柏
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