1第一章上-流體流動

第一章流體流動化工單元操作引言化工單元操作引言問題1為了保證一、二、三樓有水，要維持樓底水管中有一定的水壓，水塔應(yīng)建多高？問題2若水塔高度確定了，需要選用什么類型的泵？

問題3保持樓底水壓為表壓，那么一、二、三樓出水是均等的嗎？化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)流體ADBCE在外力作用下發(fā)生形變，流體無恢復(fù)原狀的能力氣體和液體的統(tǒng)稱具有流動性在外力作用下內(nèi)部發(fā)生相對運動無固定形狀,隨容器的形狀而改變第一節(jié)概述化工單元操作第一節(jié)概述流體微觀上，流體是大量彼此之間有間隙的單個分子組成宏觀上，流體可視為無數(shù)流體質(zhì)點組成的連續(xù)介質(zhì)。大量分子構(gòu)成的微團，遠大于分子自由程，為連續(xù)的介質(zhì)，體現(xiàn)了宏觀性?？蓧嚎s流體不可壓縮流體一般液體一般氣體化工單元操作壓強第二節(jié)流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)研究流體在外力作用下處于靜止或平衡狀態(tài)下其內(nèi)部質(zhì)點間、流體與固體邊壁間的作用規(guī)律密度兩個概念單位體積流體的質(zhì)量低壓氣體（理想氣體）：對于混合氣體:流體垂直作用于單位面積上的力——流體靜壓強一般液體：對于混合液體:1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf二、流體靜壓強

1.流體靜壓強流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體的靜壓強，簡稱為壓強或壓力，以符號p表示。若以F（N）表示流體垂直作用在面積A(m2)上的力，則（1-9）按壓強的定義，壓強的單位是Ｎ／m２，也稱為帕斯卡（Ｐa）?；どa(chǎn)中經(jīng)常用到帕的倍數(shù)單位，如：ＭＰa（兆帕）、kＰa(千帕)、mＰa(毫帕)，它們的換算關(guān)系為

1ＭＰa＝103kＰa＝106Ｐa＝109mＰa工程上壓強的大小也常以流體柱高度表示，如米水柱（mH2O）和毫米汞柱（mmHg）等。若流體的密度為ρ，則夜柱高度h與壓強p的關(guān)系為

p=hρg或

用液柱高度表示壓強時，必須注明流體的名稱，如10mH2O、760mmHg等。

標準大氣壓（物理大氣壓）：atm

工程大氣壓：at3.壓強的表示方法A.絕對大氣壓：以絕對零壓（絕對真空）為基準算得的壓強。B.表壓、真空度（需注明）：以大氣壓為基準得到的壓力，比大氣壓高的部分稱表壓，比大氣壓低的部分稱真空度。關(guān)系：P表=P絕

-P大

P真=P大

-P絕注意：大氣壓與氣溫、濕度和所在地的海拔高度有關(guān)。1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O絕對零壓線

大氣壓線

表壓

真空度

絕對壓強絕對壓強圖1-1絕對壓強、表壓與真空度的關(guān)系

絕對壓強、表壓強與真空度之間的關(guān)系，可以用圖1-1表示：圖2-1-2彈簧管壓力表類型用專用設(shè)備將彈簧管內(nèi)抽成真空，并充入灌充液，用膜片將其密封隔離。當(dāng)用隔膜壓力表測量壓力時，被測工作介質(zhì)直降作用在隔膜膜片上，膜片產(chǎn)生向上的變形，通過彈簧管內(nèi)的灌充液將介質(zhì)壓力傳遞給彈簧管，使彈簧管產(chǎn)生變形，自由端產(chǎn)生位移，再借助連桿帶動機芯，使指針在表盤上指示出被測壓力值。2024/8/24壓力測量緩變壓力測量儀表根據(jù)測壓的工作原理可分為：機械電氣式壓力表液柱式壓力計

彈性壓力計

水銀大氣壓力計機械電氣式壓力表例1-1某精餾塔塔頂操作壓強須保持5332Pa絕對壓強。試求塔頂真空計應(yīng)控制在多少mmHg？若（1）當(dāng)時當(dāng)?shù)貧鈮河嬜x數(shù)為756mmHg；（2）當(dāng)時當(dāng)?shù)貧鈮河嬜x數(shù)為102.6kPa。解:真空度=大氣壓強－絕對壓強查附錄1mmHg=133.3Pa

（1）756－=716mmＨg（真空度）（2）102.6×=730mmHg（真空度）例1-2設(shè)備外環(huán)境大氣壓強為640mmＨg,而以真空表測知設(shè)備內(nèi)真空為500mmＨg。問設(shè)備內(nèi)絕對壓強是多少？解：絕對壓強=大氣壓強-真空度

=640-500=140mmHg=140×133.3Pa=1.86×104Pa=18.6kPa例1-3如果設(shè)備內(nèi)蒸汽為6kgf/cm2,那么壓強表上讀數(shù)為若干ＭＰa？已知環(huán)境大氣壓強為1kgf／cm2。解：表壓強=絕對壓強－大氣壓強

=6-1=5kgf／cm2=5×9.807×104Pa=4.9×105Pa=0.49

MPa化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例4：一臺操作中的離心泵，進口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為0.02MPa和0.11MPa，試求絕對壓強分別為多少kPa。設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa。解答：進口真空表讀數(shù)即為真空度，則進口絕對壓強為P1=(101.3-0.02×103)kPa=81.3kPa出口壓力表讀數(shù)即為表壓，則出口絕對壓強為P2=(101.3＋0.11×103)kPa=211.3kPaP1=81.3kPa＝81.3×103Pa×=0.81atmP2=211.3kPa=211.3×103Pa＝1585.3mmHg單位換算第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作靜力學(xué)基本方程p0p1Gp2h1h2受力分析：上端總壓力為p1A假設(shè)一重力場中的靜止的不可壓縮液柱，截面積為A。向下為正方向。下端總壓力為p2A液柱的重力G=液柱處于靜止時，豎直方向合力為零，即p1A

+

＝

p2Ah1-h2=h第二節(jié)流體靜力學(xué)★靜止的、連續(xù)的同一流體內(nèi)，同一水平面處，各點壓力相等—等壓面。某一深度的壓力與深度和密度有關(guān)，與水平位置無關(guān)可用液柱高度表示壓力★靜力學(xué)基本方程只適用于靜止的連續(xù)的同一流體?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)例2：本題附圖所示的開口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1=0.7m，密度ρ1=800kg/m3，水層高度h2=0.6m，密度ρ2=1000kg/m3。（1）斷下列關(guān)系是否成立，即：（2）計算水在玻璃管內(nèi)的高度h。解：（1）判斷題給兩關(guān)系式是否成立

的關(guān)系成立。因A

及A'兩點在靜止的連通著的同一種流體內(nèi)，并在同一水平面上。所以截面A-A’稱為等壓面。的關(guān)系不成立。因B及B'兩點雖在靜止流體的同一水平面上，但不是連通著的同一流體，即截面B-B’不是等壓面。（2）計算玻璃管內(nèi)水的高度h:由上面討論知而從而第二節(jié)流體靜力學(xué)0.7=1.16化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)第二節(jié)流體靜力學(xué)例3：某流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計，如本題附圖所示。測得R1＝400mm，R2＝50mm指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3＝50mm。試求A、B兩處的表壓強?！顑蓚€等壓面的選擇條件：◆兩個等壓面之一應(yīng)為壓差計中兩流體的交界面◆兩個等壓面應(yīng)在同一水平面上，而且兩個面應(yīng)在連通著的同一靜止流體內(nèi)部化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)第二節(jié)流體靜力學(xué)例4：用本題附圖中串聯(lián)U管壓差計測量蒸汽壓，U管壓差計的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準面的垂直距離分別為：h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m及h4=1.4m。鍋中水面與基準面間的垂直距離h5=3m。大氣壓強Pa=99.3×103Pa。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強p。（分別以Pa和kgf/cm2來計量）?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)靜力學(xué)基本方程應(yīng)用壓力和壓差的測量液位測量液封高度的計算倒U型壓差計U型壓差計斜管壓差計微壓差計第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)U型壓差計U管壓差計是一根U形玻璃管，內(nèi)裝有液體作為指示液

指示液的選擇依據(jù)指示液要與被測流體不互溶，不起化學(xué)反應(yīng)，且其密度應(yīng)大于被測流體的密度。

測理原理在1-1’，、2-2’，二截面各取一測壓孔，用軟管與U形管壓差計二臂相連，軟管上部將被被測流體充滿，在水平等徑管內(nèi)流體是流動的，但在軟管和U形管壓差計內(nèi)的流體是靜止的。若p1≠p2形管壓差計二臂讀數(shù)不相等，壓強大的，作用力大，能量大，它將U形管內(nèi)的指示液面往下壓，出現(xiàn)高度差，用R表示，其值大小反映1-1，、2-2，間的壓強差Δp＝p1－p2。Δp＝(ρ-ρi)gR引申若U管一端與設(shè)備或管道某一截面連接，另一端與大氣相通，這時讀數(shù)R所反映的是管道中某截面處的絕對壓強與大氣壓強之差，即為表壓強或真空度，從而可求得該截面的絕壓。

第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)倒U型壓差計若被測流體為液體，也可選用比其密度小的流體作指示劑。倒U型壓差計常以空氣作指示劑。

Δp＝(ρ–ρ0)gR≈gRρ斜管壓差計適用于所測流體壓力差較小的場合

式中α為傾斜角，其值越小，R1值越大。微壓差計適用于所測流體壓力差較小的場合壓差計內(nèi)裝有兩種密度相近且不互溶、不起化學(xué)作用的指示液A和C，而指示液C與被測流體B亦不互溶。為了讀數(shù)方便，使U管的兩側(cè)臂頂端各裝有擴大室，俗稱為“水庫”。擴大室的截面積比U管的截面積大得很多。

忽略擴大室中指示液的液位差，此時第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)習(xí)題：如圖示容器內(nèi)存有密度為800kg/m3的油，U形管內(nèi)指示液為水銀ρ=13600kg/m3，讀數(shù)R=200mm，求容器內(nèi)油面高h。解：容器和指示管上部相通，壓力相等。截面1－1’處，液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，且為同一液體處于同一水平面。則p1=p1’而

p1＝p0+hgρ油p1’＝p0+RgρHg從而可得

h=RρHg/ρ油=0.2×13600/800=3.4(m)第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)液位測量化工廠中經(jīng)常要了解容器里物料的貯存量，或要控制設(shè)備里的液面，因此要進行液位的測量。大多數(shù)液位計的作用原理均遵循靜止液體內(nèi)部壓強變化的規(guī)律。原始液位計TEXT液柱壓差液位計鼓泡式液柱液位計第二節(jié)流體靜力學(xué)化工過程儀表是自動控制系統(tǒng)最重要的檢測環(huán)節(jié)化工單元操作鋼帶浮子式液位計超聲波液位計應(yīng)用浮力原理檢測物位應(yīng)用靜壓原理檢測液位應(yīng)用超聲波反射檢測物位液位檢測方法法蘭式差壓液位計化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)液封高度計算利用液柱高度封閉氣的一種裝置。它是生產(chǎn)過程中為了防止事故發(fā)生，為了安全生產(chǎn)而設(shè)置的一種裝置。例題：某廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓強不超過10.7×108Pa（表），需在爐外裝有安全液封裝置，某作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強超過規(guī)定值時，氣體就從液封管2中排出，試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度h。hpap解：以液封面為基準水平面0－0‘00’p≈p0=p0’=pa+

gh從而

=1.09m第二節(jié)流體靜力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)液封裝置演示化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)第三節(jié)流體動力學(xué)幾個概念流量單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體量體積流量VS質(zhì)量流量msms=VS

流速單位時間內(nèi)流體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)的距離或者管徑估算u適合u費用設(shè)備費用操作費用總費用(假設(shè))流體流速計算管徑圓整管徑化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題：某車間需敷設(shè)一條輸水管路，以滿足每小時輸水36000kg的要求，試選擇合適的管徑。解：根據(jù)公式取水的密度為1000kg/m3Vs=36000/(3600×1000)＝0.01m3/s選取水的流速為2m/s，則查手冊選取89×3.5mm規(guī)格的無縫鋼管。重新核算流速：第三節(jié)流體動力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)定態(tài)流動流動系統(tǒng)中流體流速、壓強、密度等只是位置的函數(shù)，而不隨時間變化的流動（連續(xù)）非定態(tài)流動流動系統(tǒng)中流體流速、壓強、密度等不僅隨位置變化而且隨時間變化的流動（間歇）第三節(jié)流體動力學(xué)本章重點討論定態(tài)流動問題化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)連續(xù)性方程取截面l－1至2－2之間的管段為對象。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間內(nèi)流進和流出控制體的質(zhì)量之差應(yīng)等于單位時間控制體內(nèi)物質(zhì)的累積量。而定態(tài)流動時，累積量為零。根據(jù)質(zhì)量守恒:ms1=ms2，即ρ1u1A1=ρ2u2A2對不可壓縮流體(ρ為常數(shù))

:u1A1=u2A2

對圓形管道:u1/u2=d22/d12質(zhì)量守恒方程式（連續(xù)性方程式）推導(dǎo)例題：見課本P21例1-11。第三節(jié)流體動力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)柏努利方程柏努利方程式是管內(nèi)流體流動機械能衡算式☆在管道內(nèi)作定態(tài)流動；☆在管截面上流體質(zhì)點的速度分布是均勻的；☆流體的壓力、密度都取在管截面上的平均值。推導(dǎo)條件衡算范圍：1-1'與2-2'兩截面及內(nèi)壁面

衡算基準：1kg流體。

基準水平面：0-0'平面。位能動能靜壓能外功能量損失對不可壓縮流體：He則第三節(jié)流體動力學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)討論☆如果流體為理想流體（沒有粘性，無摩擦阻力）且無外功加入☆如果流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，則柏努利方程變?yōu)椤罾硐肓黧w任意截面上的總機械能、總壓能為常數(shù)，總壓頭為常數(shù)☆對于可壓縮流體如氣體，若管道兩截面之間的壓力差很小，如

，且密度ρ變化也很小，此時，柏努利方程仍可適用，計算時密度ρ取兩截面的平均值，可以作為不可壓縮流體處理。流體靜力學(xué)方程第三節(jié)流體動力學(xué)壓能位能化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)第三節(jié)流體動力學(xué)柏努利方程應(yīng)用應(yīng)用步驟柏努利方程與流動性方程是解決流體流動問題的基礎(chǔ)。截面選取基準水平面物理量單位確定衡算系統(tǒng)的范圍●兩截面間的流體必須連續(xù)、定態(tài)流動；●物理量應(yīng)是截面上的平均值；●兩截面均應(yīng)與流動方向垂直基準面是用于衡量位能大小的基準，為了簡化計算，通常取相應(yīng)于所選定的截面之中較低的一個水平面作為基準面?！駢毫1與p2只能同時使用表壓或絕對壓力●外加能量W是對每千克流體而言的。化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)柏努利方程的應(yīng)用柏努利方程應(yīng)用應(yīng)用范圍管道中流體流量的確定確定容器間的相對位置確定輸送設(shè)備的有效功率確定管路中流體的壓強化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：有一水平風(fēng)管道，直徑自300mm（1-1’截面）漸縮到200mm（2-2’截面）。為了粗略估計其中空氣的流量，在錐形接頭兩端分別測得1-1’截面與2-2’截面的表壓力分別為1200Pa、1000Pa，空氣流過錐形管的能量損失可以忽略。求空氣的體積流量為若干m3?h－1

，空氣的溫度為20℃，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa。解：因空氣在錐形管兩端的壓力變化故可按不可壓縮流體來處理。在1-1’截面與2-2’截面之間列柏努利方程式式中兩截面間的空氣密度代入柏努利方程得，化簡得，依連續(xù)性方程，有即（a）（b）從而化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：常溫的水從水塔塔徑為φ114×4mm的管道輸送至車間。水由水塔液面流至管出口內(nèi)側(cè)的能量損失為143J?kg?1。若要求水在管中的流速為2.9m?s?1，試求水塔內(nèi)的液面與水管出口之間的垂直距離。設(shè)水塔內(nèi)的液面維持恒定。解：水塔內(nèi)水位恒定，故本題屬于穩(wěn)定流動。以管出口的中心線為基準面，在水塔內(nèi)液面（1-1’）及管出口內(nèi)側(cè)（2-2’）之間列柏努利方程式：式中p1=p2=pa，z2=0，We=0，

hf=143J/kg，u1≈0（因水塔截面積很大，水在其中流速很小，與在管道中的流速相比可以忽略不計），u2=2.9m/s

代入討論本題的總能量損失是指從水塔液面至管出口內(nèi)側(cè)的，故截面2-2’應(yīng)取在管內(nèi)側(cè)，兩者才一致，相應(yīng)的流速才為2.9m?s?1。若總能量損失包括流體由管子流至管外的出口損失，此時截面應(yīng)選在管出口外側(cè)，因出口外側(cè)為空間，其截面為無窮大，故此時u2≈0

。化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：如圖所示，用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強為101.33103Pa。蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強為200mmHg(真空度)。蒸發(fā)室進口高于貯槽內(nèi)的液面15m,輸送管道的直徑為φ684mm,送料量為20m3/h溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg,求泵的有效功率?11‘22‘解：以貯槽的液面為上游截面1-1’，管路出口內(nèi)側(cè)為2-2’截面，并以1-1’為基準，在兩截面間列柏努利方程其中z1=0,z2=15mp1=0(表壓)，p2=-200mmHg=-26670Pa（表壓），hf=120J/kg，u1=0，u2=4V/(3.14d2)=1.97m/s代入上式，可得We=246.9J/kg

從而Ne=Wems=1647w化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為36m3/h。管路的直徑相同，鹽水由A流經(jīng)兩個換熱器而至B的能量損失為98.1J/kg，由B流至A的能量損失為49J/kg，試計算：（1）若泵的效率為70％時，泵的軸功率為若干kW？（2）A、B處的壓強差為若干Pa？

化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：如圖所示，水槽液面高度保持不變，管路中的流體視為理想流體，試求：

管路出口流速；

管路中A、B、C各點壓強；

分析流體在流動過程中，不同能量間的轉(zhuǎn)換。1m5m3m1mAA’BB’CC’解：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽閴簭娀鶞?管路出口截面2－2’

為基準水平面

在1-1’

、2-2’截面間列柏努利方程其中p1=p2＝0,hf=0,We=0,u1=0,z1=5m,z2=0m代入柏努利方程，得

因為阻力損失為零，故各點機械能相等，即E1=EA=EB=EC=E2=gz1=5g（J/kg）從而，A點同理，B點C點

位能→位能↘＋動能↗＋靜壓能↗→位能↘＋動能→＋靜壓能↗→位能↗＋動能→＋靜壓能↘化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)第三節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象牛頓粘性定律粘性定義：流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)(牛奶和水)特點：流體粘性越大，其流動性質(zhì)就越小。內(nèi)摩擦力定義：運動流體內(nèi)部相鄰兩流體間由于分子運動而產(chǎn)生的相互作用力。特征：流體流動時內(nèi)摩擦力的大小體現(xiàn)了流體粘性的大小。兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力τ（或稱剪應(yīng)力）與垂直于流動方向的速度梯度成正比。速度梯度粘性系數(shù)，粘度化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)粘度物理意義：流體流動時在與流動方向相垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。粘度是反映流體粘性大小的物理量各參數(shù)對粘度的影響溫度：對液體粘度的影響很大，溫度升高時，液體的粘度減??；而氣體的粘度增大。壓力：對液體粘度的影響很小，可忽略不計；而氣體的粘度，除非在極高或極低的壓力下，可以認為與壓力無關(guān)。運動粘度流體力學(xué)中，把流體粘度與密度之比稱為運動粘度牛頓型流體指在流動中形成的剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系完全符合牛頓粘性定律的流體，如水、空氣等非牛頓型流體指剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系不服從牛頓粘性定律的流體，如泥漿、懸浮液等第四節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象化工單元操作第四節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象實驗表明：流體在管道中的流動狀態(tài)可分為兩種類型：層流、湍流化工單元操作層流或滯流流體在管中流動時，若其質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點之間互不混合，這種流動狀態(tài)稱為層流。湍流或紊流流體在管中流動時，若其質(zhì)點除了沿管道向前運動外，各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，于是質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合，這種流動狀態(tài)稱為湍流。？？？如何區(qū)分這兩種流體？雷諾準數(shù)雷諾準數(shù)Re

是由四種影響流體流動類型的因素所組成的復(fù)合數(shù)群，即雷諾準數(shù)是判斷流體流動類型的準則。其量綱為1。當(dāng)Re≤2000，流動類型為層流；當(dāng)Re≥4000，流動類型為湍流；當(dāng)2000<Re<4000，流動類型可能是層流，也可能是湍流，這一范圍稱為過渡區(qū)。流動類型的判斷第四節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)例題例題：在實驗室中，用玻璃管輸送20℃的70％醋酸。管內(nèi)徑為1.5cm，流量為10kg/min。計算雷諾準數(shù)，并指出流型。

5.66×103化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)流體在圓管內(nèi)的速度分布指管截面上質(zhì)點的軸向沿半徑的變化。流體在圓管中層流時的速度分布速度分布速度分布為拋物線形狀，管中心的流速最大，向管壁的方向漸減，靠管壁的流速為零，平均速度為最大速度的一半。速率分布方程最大流速拋物線方程平均流速層流時平均流速為管中心處最大流速的一半化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)流體在圓管中湍流時的速度分布速度分布可分為兩部分，即管中心部分與靠近管壁的部分。湍流的核心部分，流體質(zhì)點除了沿管道軸向流動外，還在截面上橫向脈動，產(chǎn)生旋渦。流速不同的質(zhì)點間進行著湍流動量傳遞，使管截面上的速度分布比較均勻。屬于層流層，沿半徑方向的速度梯度較大。附在管壁上的一層流體的流速為零。層流底層：由于流體具有粘性，鄰近管壁處的流體受管壁處流體層的約束作用，其流速不大，仍保持一層作層流流動的流體薄層，這就是層流底層。管內(nèi)流體的流速愈大，中間部分湍流程度就愈強，層流底層就愈薄。流體粘度愈大，層流底層就愈厚。湍流核心部分與層流底層之間，存在著過渡層。管截面的平均速度約為管中心最大流速的0.82

左右。即流體在圓管內(nèi)的速度分布化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)截止閥閘閥化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)流體在直管中的流動阻力能量損失流體在管內(nèi)從一個截面流到另一個截面，由于流體層之間的分子動量傳遞而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力，或由于流體之間的湍流動量傳遞而引起的摩擦阻力，使一部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能，這部分機械能稱為能量損失。直管阻力流體流經(jīng)一定直徑的直管時所產(chǎn)生的阻力。局部阻力流體流經(jīng)管件、閥門及進出口時，由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。流體流經(jīng)等直徑的直管時，動能不變，故能量損失為：對于水平管道：化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)直管阻力流體作定態(tài)流動，合力為零，，即流體流經(jīng)等直徑的直管時，動能不變，故能量損失為：對于水平管道：從而，（能量損失）（壓頭損失）（壓力損失）與壓力差不同，只有當(dāng)管路水平時才相等范寧公式，摩擦系數(shù)對層流和湍流均適用化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)層流時的對于，其中從而若管路水平安裝，則哈根—泊素葉方程式范寧公式化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)絕對粗糙度ε—管壁粗糙面凸出部分的平均高度。相對粗糙度ε/d—絕對粗糙度ε與管內(nèi)徑d之比值。①湍流流動時，管壁粗糙度對能量損失有影響。②層流流動時，流體層平行于管道軸線，流體的流動速度比較緩慢，對管壁凸出部分沒有什么碰撞作用，故流體阻力或摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)。即不論管壁粗糙度如何，λ只與Re有關(guān)，與光滑管內(nèi)的層流情況相同。量綱分析法由實驗確定經(jīng)驗關(guān)系式的一種實驗研究方法。具體方法略。摩擦阻力的計算，關(guān)鍵是尋求摩擦阻力系數(shù)的計算。層流時，比較容易。但流體在管內(nèi)作湍流時，與許多因數(shù)有關(guān)。用實驗方法來求與上列因數(shù)的關(guān)系，則十分困難。因次分析法是化學(xué)工程實驗研究中經(jīng)常使用的方法之一。因次分析法的基礎(chǔ)是因次的一致性原則，即每一個物理方程式的兩邊，不僅數(shù)值相等，而且因次也必須相同。化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)湍流時的（1）層流區(qū)：Re≤2000，Re=λ/64，λ與Re為直線關(guān)系，與無關(guān)。（2）過渡區(qū)：2000<λ<4000，流動類型不穩(wěn)定。為安全計，按湍流計算。（3）湍流區(qū)：Re≥4000及虛線以下的區(qū)域，（4）完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)，圖中虛線以上的區(qū)域）①對于一定的

值，λ與Re的關(guān)系趨近于水平線，可看作λ與Re無關(guān)，而為定值；②Re一定時，λ值隨

增大而增大；③

愈大，達到完全湍流區(qū)的Re值愈低；④由可知，對一定的管路，，均為定值，因而此區(qū)域內(nèi)λ也為定值，故

。⑤當(dāng)2.5×103<Re<105，在光滑管內(nèi)，應(yīng)用布拉修斯(Blasius)方程式：化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)非圓形管的當(dāng)流體在非圓形管內(nèi)作湍流流動時，計算圓管流體阻力公式中的管徑d以非圓管的當(dāng)量直徑代替。當(dāng)量直徑流體流經(jīng)管道截面積A的4倍除以潤濕（管壁與流體接觸）的周邊長度Π，即實例①對于圓形管：②對于套管的環(huán)隙：當(dāng)外管的內(nèi)徑為d2，內(nèi)管的外徑為d1，則③對于邊長分別為a與b的矩形管：④對于邊長為a的正方形管：在層流情況下，當(dāng)采用當(dāng)量直徑de計算阻力時C——常數(shù)，無因次，可以從相關(guān)表中查取?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)例題：詳見課本P351-14。例題：詳見課本P361-15?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)局部阻力局部阻力所引起的能量損失有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。阻力系數(shù)法由于局部阻力所引起的機械能損失為：局部阻力系數(shù)①管截面突然擴大時(A1→A2)：②管截面突然縮小時(A1→A2)：管道→容器、管道→大氣：容器→管道：當(dāng)量長度法將流體流過管件或閥門所產(chǎn)生的局部阻力損失，折合成流體流過長度為le的直管的阻力損失。le值由實驗測定。局部阻力損失化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)總阻力損失計算管路系統(tǒng)的總阻力損失（即總機械能損失）包括：△直管阻力損失；△所有管件、閥門等的局部阻力損失。若管路系統(tǒng)中的管徑d不變，則總阻力損失為：或者各當(dāng)量長度的總和各局部阻力系數(shù)的總和例題：詳見課本P401-16?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)第六節(jié)管路計算簡單管路指直徑相同的管路或不同直徑組成的串聯(lián)管路。復(fù)雜管路并聯(lián)管路在主管某處分為幾支，然后有匯合成一主管路。分支管路流體在主管處有分支，但最終不再匯合的管路。管路計算中應(yīng)用——連續(xù)性方程式、柏努利方程式以及能量損失計算式。計算基礎(chǔ)化工單元操作南通職業(yè)大學(xué)簡單管路情形1：已知管長l（包括管件的當(dāng)量長度）、管徑d及流量V，求設(shè)備相對位置。解法：在截面1-1與截面2-2間應(yīng)用柏努利方程式，在上式中d、l已知，可先求出u和λ，然后可求出h?；卧僮髂贤殬I(yè)大學(xué)情形2：已知d,l,h，求u或V簡單管路解法：