07-08學時化工原理ppt課件

1、 第一章 流體流動1.4 流體流動的基本方程 1.4.1 總質(zhì)量衡算-連續(xù)性方程 1.4.2 總能量衡算方程三、對伯努利方程的討論式1-38表明，理想流體在管路中作定態(tài)流動而又無外功加入時，在任一截面上單位質(zhì)量流體所具有的總機械能相等，換言之，各種機械能之間可以相互轉(zhuǎn)化，但其總量不變。 1.2211221222upupgzgz(1-38a) 能量轉(zhuǎn)換06三、對伯努利方程的討論2.有效功率：輸送機械在單位時間內(nèi)所作的有效功稱為有效功率，用下式計算 emePq W(1-39) 三、對伯努利方程的討論3.伯努利方程的其他形式：將的各項均除以重力加速度g /,eeffHWgHhg 22efupzHHg

2、g 2211221222efupupzHzHgggg令式1-38變?yōu)榛?1-40) (1-40a) 2211221222efupupzHzHgggg(1-40a) 位頭速度頭動壓頭壓力頭壓頭損失總壓頭外加壓頭三、對伯努利方程的討論4.若流動中既無外加壓頭又無壓頭損失，則任一截面上的總壓頭為常數(shù)22tupHzgg常數(shù)三、對伯努利方程的討論5. 如果流體靜止，2211221222efupupgzWgzh流體靜止僅是流體運動的特例。1212ppgzgz三、對伯努利方程的討論 第一章 流體流動1.4 流體流動的基本方程 1.4.1 總質(zhì)量衡算-連續(xù)性方程 1.4.2 總能量衡算方程 1.4.3 機械能

3、衡算方程的應(yīng)用在應(yīng)用機械能衡算方程與質(zhì)量衡算方程解題時，要注意下述幾個問題：1.衡算范圍的劃定2. 控制面的選取3. 基準面的確定4. 單位一致性機械能衡算方程的應(yīng)用 第一章 流體流動1.5 動量傳遞現(xiàn)象 1.5.1 層流分子動量傳遞本節(jié)目的：分析阻力產(chǎn)生的根源層流分子動量傳遞()()xxdududydy 對于牛頓型不可壓縮流體的層流流動，牛頓定律可以寫成(1-43) 考察式1-43各項物理量的因次：3x3/ kg m sukg mm sm動量體積2222/Nkg m skg m smmms動量面積 時間 單位時間通過單位面積的動量，稱為動量通量(momentum flux) 單位體積具有的動

4、量，稱為動量濃度 層流分子動量傳遞32 kg mmm s kgs()xdudy為動量濃度梯度 稱為動量擴散系數(shù)momentum diffusivity） 層流分子動量傳遞用文字表述為：分子動量通量=動量擴散系數(shù)動量濃度梯度 ()()xxdududydy(1-43) 據(jù)此可將式1-43層流分子動量傳遞 第一章 流體流動1.5 動量傳遞現(xiàn)象 1.5.1 層流分子動量傳遞 1.5.2 湍流特性與渦流傳遞一、湍流的特點與表征1、質(zhì)點的脈動 2、湍流的流動阻力遠遠大于層流3、由于質(zhì)點的高頻脈動與混合，使得在與流動垂直的方向上流體的速度分布較層流均勻。湍流的特點圖1-14 圓管中流體的速度分布一、湍流的特

5、點與表征1.時均量與脈動量圖1-15 湍流中的速度脈動一、湍流的特點與表征xxxuuu除流速之外，湍流中的其它物理量，如溫度、壓力、密度等等也都是脈動的，亦可采用同樣的方法來表征。一、湍流的特點與表征從上圖可知,以x方向為例脈動速度(fluctuation velocity)瞬時速度(instantaneous velocity)時均速度(time mean velocity) 1011xxuu dxux方向的時均速度定義為：一、湍流的特點與表征2湍流強度222()/3xyzxuuuIu 湍流強度是表征湍流特性的一個重要參數(shù)，其值因湍流狀況不同而異。例如，流體在圓管中流動時，I值范圍為0.01

6、0.1，而對于尾流、自由射流這樣的高湍動情況下，I值有時可高達0.4 。 湍流強度的定義：湍流強度的定義： 一、湍流的特點與表征二、雷諾應(yīng)力與渦流傳遞湍流時的動量傳遞不再服從牛頓黏性定律。但仍可以牛頓黏性定律的形式表達()rxdudy(1-48) 渦流動量通量渦流動量擴散系數(shù) X 時均濃度梯度 湍流應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）湍流流動中的總動量通量可表示為()()trxdudy（1-49） ：渦流運動黏度(eddy viscosity)或渦流動量擴散系數(shù)(eddy diffusivity)，m2/s。渦流運動黏度不是流體物理性質(zhì)的函數(shù)，而是隨湍流強度、位置等因素改變。 二、雷諾應(yīng)力與渦流傳遞 第一章 流體

7、流動1.5 動量傳遞現(xiàn)象 1.5.1 層流分子動量傳遞 1.5.2 湍流特性與渦流傳遞 1.5.3 邊界層與邊界層分離現(xiàn)象一、邊界層的形成與發(fā)展遠離壁面的大部分區(qū)域壁面附近的一層很薄的流體層 實際流體與固體壁面間相對運動 速度變化很小可視為理想流體必須考慮粘性力的影響，由于流體的粘性作用，存在速度梯度圖1-17 平板壁面上的邊界層 一、邊界層的形成與發(fā)展層流邊界層過渡區(qū)湍流邊界層 一、邊界層的形成與發(fā)展邊界層壁面附近速度梯度較大的流體層主流區(qū)邊界層之外，速度梯度接近于零的區(qū)域邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層或?qū)恿鞯讓?緩沖層 湍流主體或湍流核心 速度梯度大居中小 一、邊界層的形成與發(fā)展一、邊界層的形成

8、與發(fā)展由層流邊界層開始轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟吔鐚拥木嚯x。臨界距離cx0Rexxu依照雷諾數(shù)定義依照雷諾數(shù)定義臨界雷諾數(shù)臨界距離所對應(yīng)的0Reccxx u對于光滑的平板壁面，臨界雷諾數(shù)的范圍為 562 10Re3 10cx 一、邊界層的形成與發(fā)展管內(nèi)流動邊界層 圖1-18 圓管內(nèi)的流動邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展 可將管內(nèi)的流動分為兩個區(qū)域：一是邊界層可將管內(nèi)的流動分為兩個區(qū)域：一是邊界層匯合以前的流動，稱之為進口段流動；另一是邊匯合以前的流動，稱之為進口段流動；另一是邊界層匯合以后的流動，稱之為充分發(fā)展了的流動。界層匯合以后的流動，稱之為充分發(fā)展了的流動。 對于層流，進口段長度可采用下式計算 0.057

9、5fLRed(1-53) 一、邊界層的形成與發(fā)展進口段長度二、邊界層分離與形體阻力 邊界層的一個重要特點是，在某些情況下，會出現(xiàn)邊界層與固體壁面相脫離的現(xiàn)象。 此時邊界層內(nèi)的流體會倒流并產(chǎn)生旋渦，導致流體的能量損失。此種現(xiàn)象稱為邊界層分離，它是黏性流體流動時能量損失的重要原因之一。 產(chǎn)生邊界層分離的必要條件是：流體具有黏性和流動過程中存在逆壓梯度。 圖1-19 邊界層分離示意圖 二、邊界層分離與形體阻力分離點 第一章 流體流動1.5 動量傳遞現(xiàn)象 1.5.1 層流分子動量傳遞 1.5.2 湍流特性與渦流傳遞 1.5.3 邊界層與邊界層分離現(xiàn)象 1.5.4 動量傳遞小結(jié)動量傳遞小結(jié) 由于流體的粘性，當流體運動時內(nèi)部存在著剪切應(yīng)力。該剪切應(yīng)力是流體分子在流體層之間作隨機運動從而進行動量交換所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦的宏觀表現(xiàn)，分子的這種摩擦與碰撞將消耗流體的機械能。在湍流情況下，除了分子隨機運動要消耗能量外，流體質(zhì)點的高頻脈動與宏觀混合，還要產(chǎn)生比前者大得多的湍流應(yīng)力，消耗更多的流體的機械能。這二者便是摩擦阻力產(chǎn)生的主要根源。 另一方面，當產(chǎn)生邊界層分離時，由于逆壓作用的結(jié)果，流體將發(fā)生倒流形成尾渦，在尾渦區(qū)，流體質(zhì)點強烈碰撞與混