环境工程原理第03章流体流动课件.ppt

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1、第三章流体流动第三章流体流动本章主要内容第一节管道系统的衡算方程第二节流体流动的内摩擦力第三节边界层理论第四节流体流动的阻力损失第五节管路计算第六节流体测量一、管道系统的质量衡算方程二、管道系统的能量衡算方程本节的主要内容第一节管道系统的衡算方程若截面A1、A2上流体的密度分布均匀，且流速取各截面的平均流速，则一维流动对于稳态过程对于不可压缩流体，ρ为常数，不可压缩流体管内流动的连续性方程第一节管道系统的衡算方程(3.1.1)(3.1.2)(3.1.3)一、管道系统的质量衡算方程对于圆形管道流体在均匀直管内作稳态流动时，平均速度恒定

2、不变第一节管道系统的衡算方程(3.1.4)【例题3.1.1】直径为800mm的流化床反应器，底部装有布水板，板上开有直径为10mm的小孔640个。反应器内水的流速为0.5m/s，求水通过分布板小孔的流速。解：设反应器和小孔中的流速分别为u1、u2，截面积分别为A1、A2，根据不可压缩流体的连续性方程，有u1A1＝u2A2m/s第一节管道系统的衡算方程（输出系统的物质的总能量）－（输入系统的物质的总能量）＝（从外界吸收的热量）－（对外界所作的功）稳态流动系统与外界交换能量流体携带能量第一节管道系统的衡算方程二、管道系统的能量衡算方程1

3、．流体携带的能量单位质量流体SI单位为kJ/kg（一）总能量衡算方程①内能：e，物质内部所具有的能量，是温度的函数③位能：流体质点受重力场的作用具有的能量，取决于它相对基准水平面的高度④静压能：流动着的流体内部任何位置上也具有一定的静压力。流体进入系统需要对抗压力做功，这部分功成为流体的静压能输入系统。②动能：流体流动时具有的能量gz，kJ/kgkJ/kg静压能位能动能内能＋EEEEE++=第一节管道系统的衡算方程若质量为m、体积为V的流体进入某静压强为p、面积为A的截面，则输入系统的功为这种功是在流体流动时产生的，故称为流动功。第

4、一节管道系统的衡算方程单位质量流体的静压能——流体的比体积，或称流体的质量体积，单位为m3/kg单位质量流体的总能量为(3.1.6)2．与外界交换的能量单位质量流体对输送机械的作功，We，为正值；若We为负值，则表示输送机械对系统内流体作功单位质量流体在通过系统的过程中交换热量为Qe，吸热时为正值，放热时为负值第一节管道系统的衡算方程第一节管道系统的衡算方程单位质量流体稳定流动过程的总能量衡算式?第一节管道系统的衡算方程(3.1.10)由于工程上常采用平均速度，为了应用方便，引入动能校正系数α，使α的值与速度分布有关，可利用速度分布

5、曲线计算得到。经证明，圆管层流时，α＝2，湍流时，α＝1.05。工程上的流体流动多数为湍流，因此α值通常近似取1。引入动能校正系数α后，第一节管道系统的衡算方程(3.1.10)【例题3.1.2】常温下的水稳态流过一绝热的水平直管道，实验测得水通过管道时产生的压力降为（p1-p2)=40kPa，其中p1与p2分别为进、出口处的压力。求由于压力降引起的水温升高值。解：依题意，对于不可压缩流体第一节管道系统的衡算方程机械能机械能内能和热——相互转换热内能动能位能静压能——热力学第一定律消耗用机械能表示方程(3.1.10)第一节管道系统的衡

6、算方程以机械能和机械能损失表示能量衡算方程流体在管内流动过程中机械能的损失表现为沿程流体压力的降低，损失的这部分机械能不能转换为其他形式的机械能（动能、位能和功)而是转换为内能，使流体的温度略有升高。因此，从流体输送的角度，这部分机械能“损失”了通过适当的变换流体的输送过程仅是各种机械能相互转换与消耗的过程第一节管道系统的衡算方程假设流动为稳态过程。根据热力学第一定律：单位质量流体从截面1-1流到截面2-2时因体积膨胀而做的机械功单位质量流体从截面1-1流到截面2-2所获得的热量流体克服流动阻力做功，因消耗机械能而转化成的热。流体通

7、过环境直接获得的热阻力损失（二）机械能衡算方程第一节管道系统的衡算方程(3.1.12)(3.1.13)不可压缩流体和可压缩流体稳态流动过程单位质量流体的机械能衡算方程变换第一节管道系统的衡算方程(3.1.15)(3.1.11)(3.1.14)在流体输送过程中，流体的流态几乎都为湍流，令α＝1——拓展的伯努利方程适用条件是连续、均质、不可压缩、处于稳态流动的流体机械能衡算方程的其他形式对于不可压缩流体，比体积或密度ρ为常数，第一节管道系统的衡算方程(3.1.18)(3.1.16)(3.1.17)选择输送机械——是单位质量流体对泵或其

8、他输送机械所作的有效功，是选择输送机械的重要依据。，功率确定出口断面与进口断面的机械能总量之差——判断流体的流动方向——流动过程中存在能量损失，如果无外功加入，系统的总机械能沿流动方向将逐渐减小；解决什么问题？第一节管道系统的衡算