流体流动第三次课优秀PPT.ppt

流体流动第三次课你现在浏览的是第一页，共24页例例2为为了了确确定定容容器器中中石石油油产产品品的的液液面面，采采用用如如附附图图所所示示的的装装置置。压压缩缩空空气气用用调调节节阀阀1调调节节流流量量，使使其其流流量量控控制制得得很很小小，只只要要在在鼓鼓泡泡观观察察器器2内内有有气气泡泡缓缓慢慢逸逸出出即即可可。因因此此，气气体体通通过过吹吹气气管管4的的流流动动阻阻力力可可忽忽略略不不计计。吹吹气气管管内内压压力力用用U管管压压差差计计3来来测测量量。压压差差计计读读数数R的的大大小小，反反映映贮贮罐罐5内内液液面面高高度度。指指示示液液为为汞汞。1、分分别别由由a管管或或由由b管管输输送送空空气气时时，压压差差计计读读数数分分别为别为R1或或R2，试推导，试推导R1、R2分别同分别同Z1、Z2的关系。的关系。2、当当（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m时时，试试求求石石油油产品的密度产品的密度P及及Z1。已知。已知Hg密度为密度为13600kg/m3。你现在浏览的是第二页，共24页解解（1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度，求出液面高度Z1，即，即（a）（b）（2）将式（）将式（a）减去式（）减去式（b）并经整理得）并经整理得你现在浏览的是第三页，共24页作作用用：控控制制设设备备内内气气压压不不超超过过规规定定的的数数值值，当当设设备备内内压压力力超超过过规规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。若若设设备备要要求求压压力力不不超超过过P1（表表压压），按按静静力力学学基基本本方方程程式式，则则水水封封管管插入液面下的深度插入液面下的深度h为为3 3、确定液封高度、确定液封高度、确定液封高度、确定液封高度你现在浏览的是第四页，共24页q反映管内流体流动规律的基本方程式有：反映管内流体流动规律的基本方程式有：连续性方程连续性方程柏努利方程柏努利方程本节主要围绕这两个方程式进行讨论。本节主要围绕这两个方程式进行讨论。第三节第三节 流体在管内的流动现象流体在管内的流动现象你现在浏览的是第五页，共24页一、流动过程与基本概念不稳定流动系统：不稳定流动系统：不稳定流动系统：不稳定流动系统：若流动的流体中，任一点上的物理参数，若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变。有部分或全部随时间而改变。稳定流动系统：稳定流动系统：稳定流动系统：稳定流动系统：流体在管道中流动时，在任一点上的流速、流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变。压力等有关物理参数都不随时间而改变。1 1、稳定流动系统和不稳定流动系统、稳定流动系统和不稳定流动系统你现在浏览的是第六页，共24页2 2、流线与流管、流线与流管流线属性：流线属性：流线属性：流线属性：流管流管流管流管：由由由由流线流线流线流线组成的管状表面。组成的管状表面。组成的管状表面。组成的管状表面。描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线（不同于轨迹线）（不同于轨迹线）（不同于轨迹线）（不同于轨迹线）流线上流线上流线上流线上任一点的切线方向任一点的切线方向任一点的切线方向任一点的切线方向代表流经该处流体质点速度方向；代表流经该处流体质点速度方向；代表流经该处流体质点速度方向；代表流经该处流体质点速度方向；流线流线流线流线互不相交互不相交互不相交互不相交；流体质点流动时流体质点流动时流体质点流动时流体质点流动时不能穿越流线不能穿越流线不能穿越流线不能穿越流线。你现在浏览的是第七页，共24页（2 2）质量流量质量流量(mass flow rate)(mass flow rate)单位时间内流体流经管道任一截面的质量，单位时间内流体流经管道任一截面的质量，以以q qm m表示，其表示，其 单位为单位为kg/skg/s。（1 1）体积流量体积流量（volumetricflowrate）单位时间内流体流经管道任一截面的体积，单位时间内流体流经管道任一截面的体积，以以qV表示，其单位为表示，其单位为m3/s。3、流量与流速、流量与流速 qm=q=qV V你现在浏览的是第八页，共24页质量流速质量流速G：（3 3）平均流速平均流速平均流速平均流速 (averagevelocity)(averagevelocity)u,m/sm/s单位时间单位截面积流过的流体体积，以单位时间单位截面积流过的流体体积，以u u表示，其单位为表示，其单位为m/sm/s。Gu你现在浏览的是第九页，共24页一般液体流速为一般液体流速为0.53m/s、气体为、气体为1030m/s。管道直径一般根据流量、流速估算管道直径一般根据流量、流速估算 （4 4 4 4）管道直径的估算）管道直径的估算）管道直径的估算）管道直径的估算 你现在浏览的是第十页，共24页例例 以内径以内径105mm105mm的钢管输送压力为的钢管输送压力为2 atm2 atm、温度为、温度为120120的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m630m3 3/h/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。试求此空气在管内的流速和质量流速。解解:依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：你现在浏览的是第十一页，共24页 取空气的平均分子量为取空气的平均分子量为Mm=28.9Mm=28.9，则实际操作状态下空，则实际操作状态下空气的密度为气的密度为 平均流速平均流速依式（依式（1-171-17），得质量流速），得质量流速你现在浏览的是第十二页，共24页例例 某厂要求安装一根输水量为某厂要求安装一根输水量为30m30m3 3/h/h的管道，试选择合的管道，试选择合适的管径。适的管径。解：管内径为解：管内径为选取水在管内的流速选取水在管内的流速选取水在管内的流速选取水在管内的流速u u u u1.8m/s(1.8m/s(1.8m/s(1.8m/s(自来水自来水自来水自来水1-1.5,1-1.5,1-1.5,1-1.5,水及低粘度液体水及低粘度液体水及低粘度液体水及低粘度液体1.5-3.0)1.5-3.0)1.5-3.0)1.5-3.0)你现在浏览的是第十三页，共24页 运动着的流体内部相邻两流体层间由于运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动分子运动而产生的相互作用而产生的相互作用力，称为流体的力，称为流体的内摩擦力内摩擦力或或粘滞力粘滞力。流体运动时内摩擦力的大小，流体运动时内摩擦力的大小，体现了流体粘性的大小。体现了流体粘性的大小。xu=0yu二、牛顿粘性定律二、牛顿粘性定律你现在浏览的是第十四页，共24页实实验验证证明明，两两流流体体层层之之间间单单位位面面积积上上的的内内摩摩擦擦力力（或或称称为为剪剪应力）应力）与垂直于流动方向的速度梯度成正比。与垂直于流动方向的速度梯度成正比。yxuu=0uy u/u/y y表示速度沿法线方向上表示速度沿法线方向上的变化率或速度梯度。的变化率或速度梯度。你现在浏览的是第十五页，共24页式中式中为比例系数，称为为比例系数，称为粘性系数粘性系数，或，或动力粘度动力粘度（viscosity），简称），简称粘度粘度。上式称为上式称为牛顿粘性定律牛顿粘性定律。凡遵循牛顿粘性定律的流体称为凡遵循牛顿粘性定律的流体称为凡遵循牛顿粘性定律的流体称为凡遵循牛顿粘性定律的流体称为牛顿牛顿牛顿牛顿型流体型流体型流体型流体。你现在浏览的是第十六页，共24页粘性是流体的基本物理特性之一。任何流体都有粘性，粘性是流体的基本物理特性之一。任何流体都有粘性，粘性只有在流体运动时才会表现出来粘性只有在流体运动时才会表现出来。dyduoxy牛顿粘性定律可改写成：牛顿粘性定律可改写成：你现在浏览的是第十七页，共24页温度对流体粘度的影响温度对流体粘度的影响一般地，温度上升一般地，温度上升气体的粘度气体的粘度气体的粘度气体的粘度升高升高升高升高；液体的粘度液体的粘度液体的粘度液体的粘度降低降低。你现在浏览的是第十八页，共24页三、非牛顿型流体三、非牛顿型流体1 1、宾汉塑性流体、宾汉塑性流体满足下式：满足下式：满足下式：满足下式：特点：特点：特点：特点：流动发生在屈服应力被克服后流动发生在屈服应力被克服后流动发生在屈服应力被克服后流动发生在屈服应力被克服后 此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。你现在浏览的是第十九页，共24页2 2、假塑性流体、假塑性流体、假塑性流体、假塑性流体(油脂、油漆、涂料等油脂、油漆、涂料等油脂、油漆、涂料等油脂、油漆、涂料等）3 3、涨塑性流体（、涨塑性流体（、涨塑性流体（、涨塑性流体（硅酸钾、淀粉、蜂蜜、阿拉伯树胶等硅酸钾、淀粉、蜂蜜、阿拉伯树胶等）你现在浏览的是第二十页，共24页各流体粘性规律各流体粘性规律你现在浏览的是第二十一页，共24页 图图 雷诺实验雷诺实验四、流体流动类型与雷诺准数四、流体流动类型与雷诺准数你现在浏览的是第二十二页，共24页q流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动，各层之间没有质点的迁移。动，各层之间没有质点的迁移。q当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有色细流便出当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有色细流便出现波动而成波浪形细线，并且不规则地波动；现波动而成波浪形细线，并且不规则地波动；q速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色，各层质点之间发生混合。显然，此时流体的流动状的颜色，各层质点之间发生混合。显然，此时流体的流动状况与之前不同。况与之前不同。你现在浏览的是第二十三页，共24页1 1、流体流动状态类型、流体流动状态类型过渡流过渡流：流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。过渡流不是一种流型。是两者交替出现，与外界干扰情况有关。过渡流不是一种流型。q湍流湍流(turbulentflow)当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点发生脉动，彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。质点发生脉动，彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。q层流层流(laminarflow)当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间没有迁移，互不混合。也称滞流。线运动，质点之间没有迁移，互不混合。也称滞流。你现在浏览的是第二十四页，共24页