華東理工化工原理第01章04改ppt課件.ppt

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1、1.4.4圓管內(nèi)流體運動的數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述方法：①取控制體（微分控制體或積分控制體）。②作力（熱量、質(zhì)量）衡算。③結(jié)合本過程的特征方程（如）解方程。（目的是u的變化規(guī)律，涉及到τ的表達）④將結(jié)果整理成所需要的形式。1.4.4.1取控制體作力衡算1.4.4.1取控制體作力衡算(p1-p2)πr2-πr2lρg·sinα-2πrlτ=0l·sinα=z2-z1得，(P1-P2)r=2lτ或（用易測量的參數(shù)表達難測量的τ）與流體性質(zhì)、流動類型無關(guān)。1.4.4.2層流速度分布層流條件下：特征方程（特征方程，換掉τ）邊界條件r=R處u=

2、0積分得由，得湍流條件下：由于μ’的困難而無法解析解。實測后歸納成n=f(Re)（速度u分布規(guī)律，目的想知道hf---能量損失，用能量守恒式）1.5阻力損失1.5.1兩種阻力損失根本原因—黏性劃分：直管阻力損失（沿程阻力損失）局部阻力損失（管件、閥件的阻力損失）1.5.1.1直管阻力損失影響因素：①物性因素ρ，μ②設(shè)備因素d,l,ε③操作因素u機械能衡算直管，u1=u2，（這是表現(xiàn)，要找原因）1.5.1.2泊謖葉方程層流時，已得得（泊謖葉方程）則層流阻力損失應(yīng)用條件：①牛頓流體②層流狀態(tài)③圓直管速度分布穩(wěn)定段（非入口段）。層流

3、直管阻力也可寫成1.5.2湍流直管阻力損失實驗研究方法:基本要求：由小見大，由此及彼量綱分析指導(dǎo)下的實驗研究方法的主要步驟：(1)析因?qū)嶒灐页鲋饕绊懸蛩豩f=f(d,l,μ,ρ,u,ε)（每因素做10次實驗點，106次實驗）(2)無量綱化——減少工作量量綱分析法的基本依據(jù)：物理方程的量綱一致性力學(xué)范圍內(nèi)基本量綱。質(zhì)量[M]，長度[L]，時間[T]其它量綱均為導(dǎo)出量綱，如密度[ML-3]。f(hf,d,l,μ,ρ,u,ε)=0選d,u,ρ為基本變量，將hf,l,μ,ε無量綱化(3)實驗并數(shù)據(jù)處理因,習(xí)慣用表示速度頭，則（也

4、受到層流hf的啟示）記摩擦系數(shù)（層流λ=64/Re，層流hf與ε/d無關(guān)，湍流與其有關(guān)）以不同的Re(方便地調(diào)節(jié)u)，不同的人工粗糙管,以水或空氣就可做實驗。變量單位因次hfJ/kgL2T-2l,d,εmLum/sLT-1μNs/m2ML-1T-1ρkg/m3ML-3步驟:選因次相互獨立的變量代替基本因次：d,u,ρ其余變量：hf,μ,ε,l無因次化；（任何變量都由三個基本因次組成，任何一個變量與三個基本因次冪函數(shù)的比為無因次）同樣函數(shù)的無因次化（要的是hf）1.5.3摩擦系數(shù)1.5.3.1莫迪圖層流時，管內(nèi)全部為層流，λ與ε

5、/d無關(guān);湍流時，層流內(nèi)層厚度δ，δ>ε,水力光滑管,λ與Re有關(guān),與ε/d無關(guān),δ~ε,λ與Re、ε/d都有關(guān),δ<ε,完全湍流粗糙管,λ與Re無關(guān),與ε/d有關(guān)。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時的λ=0.018查Re=104,ε/d=0.0001時的λ=0.03。1.5.3.2非圓形直管阻力損失用當(dāng)量直徑de這里de僅用于和速度u為實際平均速度，而非圓形管的當(dāng)量直徑1.5.4局部阻力損失管件閥件處流道變化大，多發(fā)生邊界層脫體,產(chǎn)生大量旋渦，消耗了機械能。錄像錄像錄像1.5.

6、4.1局部阻力計算式工程上取，ζ（截塔）——阻力系數(shù)或，le——當(dāng)量長度實測的ζ和le已成圖表，供設(shè)計使用。注意:①兩種方法并不一致，都有近似；②計算所取速度要看圖表規(guī)定。阻力的單位有三種：①損失壓降Pa=N/m2②損失能量J/kg③損失壓頭J/N=m管件和閥件的當(dāng)量長度共線圖查截止閥全開,接管內(nèi)徑d=100mm時的當(dāng)量長度le查管道出口損失ζ值工程計算(一)水平管輸油在250kPa的壓差下輸送ρ=800kg/m3,μ=0.1Pa·s的油品，管長l+le=10km,管內(nèi)徑d=300mm。求:流量為多少m3/s？解：畫簡圖，從1

7、至2排機械能守恒式（λ與u有關(guān)，非線性，需試差）因μ較大，可先設(shè)Re<2000，（潛藏條件）層流（線性關(guān)系，不需試差）驗原設(shè)成立，計算有效工程計算(二)高位槽送液由一高位槽向攪拌反應(yīng)器送料，料液性質(zhì)同20℃的水，流量1.3L/s,鍍鋅鐵管φ42×3mm,管長10m，90°彎頭4個，閘閥(全開)1個。試求：Z應(yīng)為多少m。解：查90°彎頭ζ=0.75,閘閥全開ζ=0.17,出口ζ=1取ε=0.2mm,ε/d=0.0056,查λ=0.033。由高位槽液面至反應(yīng)器液面作機械能衡算（若取管速也是1項動能項；取反應(yīng)釜大容器u=0但有出口的

8、突然擴大ζ=1也是1項動能項；ζ截塔，ξ克西）兩個工程計算的不同特點：①已知設(shè)備狀況，求生產(chǎn)能力(輸送能力)——操作型問題②已知生產(chǎn)能力要求，求設(shè)備狀況——設(shè)計型問題突然縮小造成的阻力主要還在于突然擴大。記?。盒　?，ξ=1.0（突然擴大）大→小,ξ=0.5（突然縮小）本次講