化工原理讲稿 第一章流体流动 a a一乙炔发生炉b一液封管 1-与其空泵相的不凝性气体出口2-冷水进口 3-水蒸气进口4-气压管5-液封管 例1-8附图 例1-9附图 4.不互溶液体的分离—倾析器 密度不同的互不相溶液体可在倾析器中分层,以使轻重液体分离。 16
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 4. 不互溶液体的分离——倾析器 密度不同的互不相溶液体可在倾析器中分层，以使轻重液体分离。 16
化工原理讲稿 第一章流体流动 §1.3.流体流动概述 流动体系的分类 1.定态流动与非定态流动 定态流动(定态流动动画) 各截面上流体的有关参数(如流速、物性、压强)仅随位置而变化,不随时间而变,如图1-17a 所示流动系统 0 u=f(x, y, z) (2)非定态流动(非定态流动动画) 流体流动有关物理量随位置和时间均发生变化,如图1-17b所示流动系统 u=f(x (a)定态流动;0)非定态流动 进水管:2-出水管:3-排水管;4-溢流管 图1-17流动情况示意图 化工生产中多属连续定态过程 2.一维和多维运动 直角坐标系、柱坐标等 3.绕流与管道内的流动 流体流动问题可分两类:一是绕流是指流体绕过一个浸没的物体的流动,也称外部流动。另 类是在管内流动,流体输送问题多在管内,本章主要研究流体在管内流动
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 §1.3. 流体流动概述 一. 流动体系的分类 定态流 （1） 定态流动（定态流动动画） （如流速、物性、压强）仅随位置而变化，不随时间而变，如图 1-17a 所示流动系统。 1. 动与非定态流动 各截面上流体的有关参数 0 u = ∂ θ∂ u=f(x,y,z) （2） 非定态流动（非定态流动动画） 流体流动有关物理量随位置和时间均发生变化，如图 1-17b 所示流动系统。 u=f(x,y,z,θ) 化工生产中多属连续定态过程。 2. 一维和多维运动 直角坐标系、柱坐标等 3. 绕流与管道内的流动 称外部流动。另 一类是在管内流动，流体输送问题多在管内，本章主要研究流体在管内流动。 流体流动问题可分两类：一是绕流是指流体绕过一个浸没的物体的流动，也 17
化工原理讲稿 第一章流体流动 流量与平均流速 1.流量 单位时间内流过管道任一截面的流体的量,称为流量。流量用两种方法表示: 体积流量—-以qv.s表示,单位为m/s。 质量流量一—以m,表示,单位为kg/s 体积流量与质量流量的关系为: CIm,s-p Cv. s 2.平均流速 (1) 平均流速 流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距离,称为流速,以u表示。其单位为m/s。但 是,由于流体具有粘性,流体流经管道任一截面上各点速度沿管径而变化,在管中心处最大,随 管径加大而变小,在管壁面上流速为零。工程计算中为方便起见,将取整个管截面上的平均流速 单位流通面积上流体的体积流量,即 dA q A A 式中,A为与流动方向相垂直的管道截面积,m2。 质量流速 单位时间内流体流过管道单位截面积的质量,称为质量流速或质量通量,以表示,其单位 为kg/(m2·s),其表达式为 由于气体的体积随温度和压强而变化,在管截面积不变的情况下,气体的流速也要发生变化, 采用质量流速为计算带来方便。 (3) 管径、体积流量和流速之间关系 对于圆形管道,以d表示其内径,则有
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 二 流量与平均流速 1. 流量 体积流量-----以qV,s表示， 位 3 质量流量-----以qm,s表示，单位为kg/s。 积流量 的关系为： 流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距离，称为流速，以 u 表示。其单位为 m/s。但 —— . 单位时间内流过管道任一截面的流体的量，称为流量。流量用两种方法表示： 单 为m /s。 体 与质量流量 qm,s=ρqV,s 2. 平均流速 （1） 平均流速 是，由于流体具有粘性，流体流经管道任一截面上各点速度沿管径而变化，在管中心处最大，随 管径加大而变小，在管壁面上流速为零。工程计算中为方便起见，将取整个管截面上的平均流速 单位流通面积上流体的体积流量，即 AA dAu q u A z s,V ∫∫ == 式中,A为与流动方向相垂直的管道截面积，m2 。 （2） 质量流速 单位时间内流体流过管道单位截面积的质量，称为质量流速或质量通量，以G表示，其单位 为kg 2 /(m ·s)，其表达式为 q u A A q s,m s,V G ρ ρ == 由于气体的体积随温度和压强而变化，在管截面积不变的情况下，气体的流速也要发生变化， 采用质量流速为计算带来方便。 （3） 管径、体积流量和流速之间关系 对于圆形管道，以 d 表示其内径，则有 = 18
化工原理讲稿 第一章流体流动 于是 上式中φ。一般由生产任务规定,而适宜流速则需通过操作费和基建费之间的经济权衡来确 u一设计决策值一u↑→d↓一设备投资小,但动力消耗大; u↓→d↑一但动力消耗小,设备投资大 流速一般取值范围为: 气体:u=10~30m/s 蒸汽:u=20~60m/s 易燃气体:u<8m/s 液体:u=0.5~3m/s 适宜流速的大小与流体性质及操作条件有关。如悬浮液不宜低速,高粘度、高密度及易燃易 爆流体不宜高流速 三.流动类型与雷诺准数 1.雷诺试验 为了研究流体流动时内部质点的运动情况及其影响因素,1883年雷诺设计了“雷诺实验装置” 1-小瓶2-细管3-水箱4水平破瑞管5-门6-溢流装置 图1-28雷诺实糙装置 【播放动画15】雷诺实验装置 在水箱3内装有溢流装置6,以维持水位恒定。箱的底部接一段直径相同的水平玻璃管4,管出口 处有阀门5以调节流量。水箱上方有装有带颜色液体的小瓶1,有色液体可经过细管2注入玻璃管内。 在水流经玻璃管过程中,同时把有色液体送到玻璃管入口以后的管中心位置上 实验观察到随流体质点运动速度的变化显示出两种基本类型,其中a称为滞流或层流,b称为 湍流或紊流
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 2 4 d q u s,V π = 于是 u q d s,V π 4 = 基建费之间的经济权衡来确 备投资小，但动力消耗大； —但动力消耗小，设备投资大。 气体：u=10～30 m/s ：u<8 m/s 液体：u=0.5～3 m/s 适宜流速的大小与流体性质及操作条件有关。如悬浮液不宜低速，高粘度、高密度及易燃易 爆流体不宜高流速。 三. 流动类型与雷诺准数 1. 雷诺试验 计了“雷诺实验装置” 上式中qV,s一般由生产任务规定，而适宜流速则需通过操作费和 定。 u—设计决策值— u↑→d↓—设 — u↓→d↑ 流速一般取值范围为： 蒸汽：u=20～60 m/s 易燃气体 为了研究流体流动时内部质点的运动情况及其影响因素，1883 年雷诺设 【播放动画 1-5】雷诺实验装置 液体送到玻璃管入口以后的管中心位置上。 实验观察到随流体质点运动速度的变化显示出两种基本类型，其中 a 称为滞流或层流，b 称为 湍流 在水箱 3 内装有溢流装置 6，以维持水位恒定。箱的底部接一段直径相同的水平玻璃管 4，管出口 处有阀门 5 以调节流量。水箱上方有装有带颜色液体的小瓶 1，有色液体可经过细管 2 注入玻璃管内。 在水流经玻璃管过程中，同时把有色 或紊流。 19