化工原理上册天津大学柴诚敬05－06学时

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1、第一章流体流动1.3流体流动概述1.3.1流动体系的分类1一、定态与非定态流动流体流速或其它物理量仅随位置变化而不随时间变化，即流体流速或其它物理量不仅随位置变化而且随时间变化，即定态流动非定态流动2若物理量只依赖于一个曲线坐标，则称此流动为一维流动；依赖于两个曲线坐标称为二维流动；依赖于三个曲线坐标则称为三维流动。应予指出,过程工业中的流体输送因多在封闭管道内进行，故其流动以一维居多。二、一维与多维流动3三、绕流与封闭管道内的流动流体流动问题流体的绕流流动在封闭管道内的流动4绕流流动流体绕过一个浸没的物体流过，故也称为外部流动。例如细颗粒物在大量流体中的沉降、填充

2、床内的流动等。封闭管道内的流动被输送的流体在管路中的流动。研究流体在管路中的流动规律是本章的重要内容。三、绕流与封闭管道内的流动5第一章流体流动1.3流体流动概述1.3.1流动体系的分类1.3.2流率与平均流速6一、流量单位时间内流过任一流通截面的流体体积称为体积流率(volumeflowrate)，习惯上亦称之为体积流量。7一、流量流量的表示方法：体积流量，以qv,s表示，单位为m3/s。质量流量，以qv,s表示，单位为kg/s。体积流量与质量流量的关系为8二、平均流速流速是空间位置的函数，我们称之为流体的点速度。例如当流体流经一段管路时，由于流体存在黏性，使得管

3、截面上各点的速度不同。从而由壁面至管中心建立起一个速度分布。在工程计算时，通常采用平均速度来代替这一速度分布。9平均速度平均速度(bulkvelocity)系指体积流量与流通截面积之比，以u表示，其单位为m/s。二、平均流速10二、平均流速由于气体的体积流率随温度和压力变化，故采用质量平均流速更为方便，通常称之为质量通量(massflux)，以G表示，单位为kg/m2.s。质量通量11二、平均流速管径、体积流量和之间关系管路直径以d表示内径，则有管内流速（1-24）（1-25）12二、平均流速选择平均流速：流速选择过高，管径虽可以减小，但流体流经管道的阻力增大，动力

4、消耗大，操作费用随之增加；流速选择过低，操作费用减小，但管径增大，管路的投资费用随之增加。适宜的流速需根据经济权衡决定。表1-1列出了一些流体在管道中流动时流速的常用范围。13例1-7提示管径的选择管子规格壁厚外径附录十七附录十八二、平均流速14第一章流体流动1.3流体流动概述1.3.1流动体系的分类1.3.2流率与平均流速1.3.3流动型态与雷诺数15一、雷诺实验图1-9雷诺实验16图1-10两种流动型态层流（laminarflow）或滞流（viscousflow）湍流或紊流(turbulentflow)一、雷诺实验动画0117反映流体流动状态的量纲为一数群。二、

5、雷诺数（Reynoldsnumber）雷诺数（Reynoldsnumber）黏度流速密度直径18对于流体在直管内的流动：当Re≤2000时属于层流；当Re＞4000时属湍流；当Re=2000～4000之间时，属不稳定的过渡流。工程上Re＞3000时按照湍流处理二、雷诺数（Reynoldsnumber）19（1-26）式中Lp—流道的润湿周边长度，m；A—流道的截面积，m2。三、当量直径的概念当量直径水力半径20第一章流体流动1.4流体流动的基本方程21流体动力学主要研究流体流动过程中流速、压力等物理量的变化规律，研究所采用的基本方法是通过守恒原理（包括质量守恒、能量

6、守恒及动量守恒）进行质量、能量及动量衡算，获得物理量之间的内在联系和变化规律。作衡算时，需要预先指定衡算的空间范围，称之为控制体，而包围此控制体的封闭边界称为控制面。一、概述流体动力学22第一章流体流动1.4流体流动的基本方程1.4.1总质量衡算-连续性方程23二、总质量衡算-连续性方程的推导图1-11管路系统的总质量衡算24如图1-11所示，选择一段管路或容器作为所研究的控制体，该控制体的控制面为管或容器的内壁面、截面1-1与2-2组成的封闭表面。根据质量守恒原理可得（1-28）二、总质量衡算-连续性方程的推导25对于定态流动，则或(1-29)二、总质量衡算-连续

7、性方程的推导26对于不可压缩流体，对于圆形管道(1-30)(1-31)(1-31a)推广到管路上任意截面二、总质量衡算-连续性方程的推导27不可压缩流体圆形管道二、总质量衡算-连续性方程的推导管内定态流动的连续性方程注意：以上各式的适用条件28第一章流体流动1.4流体流动的基本方程1.4.1总质量衡算-连续性方程1.4.2总能量衡算方程29一、流动系统的总能量衡算方程选取如图1-12所示的定态流动系统作为衡算的控制体，控制体内装有对流体作功的机械（泵或风机）以及用于与外界交换热量的装置。流体由截面1-1流入，经粗细不同的管道，由截面2-2流出30图1-12流动系