化工笔记-粘度流体流动(层流湍流)阻力损失.ppt
一、粘度(黏度),粘度的定义 不同流体的流动性能不同,是因为流体内部质点间做相对运动时存在不同的内摩擦力。质点:有质量,无体积和形状的点。用来代替物体的有质量的点,理想模型,实际不存在。粘性:表示流体流动时产生内摩擦力的特性。实际流体都具有粘性,差别很大。如空气和水,粘性较小;甘油粘性较大。,一、粘度(黏度),粘度的定义 粘性是流动性的反面,粘性越大,流动性越小。流体产生阻力的根源:由于流体具有粘性,流动时流体克服内摩擦力做功,将流体的一部分机械能转变为热能而损耗。,一、粘度(黏度),粘度的定义 粘度是反映流体粘性大小的物理量。同样流动情况下,流体的粘度越大,流体流动时产生的内摩擦力越大。粘度是流体的物性之一,由实验测定。与流体种类、温度、压力有关。液体粘度随温度升高而降低,压力忽略。气体粘度随温度升高而增大,极高或极低压力时考虑其影响。,一、粘度(黏度),粘度的单位国际单位制下,粘度单位为=Pa.s物理单位制用cP(厘泊)1cP=10-3Pa.s运动粘度:流体的粘性还可以用粘度与密度的比值表示,称为运动粘度,以符号表示。=/单位为m2/s。运动粘度也是流体的物理性质。,一、粘度(黏度),粘度单位换算 1厘泊(1cP)=1毫帕斯卡.秒(1mPa.s)100厘泊(100cP)=1泊(1P)1000毫帕斯卡.秒(1000mPa.s)=1帕斯卡.秒(1Pa.s)1000微 帕斯卡.秒(1000 Pa.s)=1毫帕斯卡.秒(1mPa.s),一、粘度(黏度),粘度的作用 粘度对各种润滑油、质量鉴别和确定用途,及各种燃料用油的燃烧性能及用度等有决定意义。,一、粘度(黏度),粘度举例 在同样馏出温度下,以烷烃为主要组份的石油产品粘度低,而粘温性较好,即粘度指数较高,也就是粘度随温度变化而改变的幅度较小;含环烷烃(或芳烃)组份较多的油品粘度较高,即粘温性较差;含胶质和芳烃较多油品粘度最高,粘温性最差,即粘度指数最低。重质燃料油粘度大,经预热使运动粘度达到1820mm2/s(40),有利于喷油嘴均匀喷油。,二、流体流动的现象,两种流型层流与湍流1、层流(或滞流)流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动,质点无径向脉动,质点之间互不混合;,二、流体流动的现象,两种流型层流与湍流2、湍流(或紊流)流体质点除了沿管轴方向向前流动外,还有径向脉动,各质点的速度在大小和方向上都随时变化,质点互相碰撞和混合 在自然间中,我们常遇到流体作湍流,如江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流,二、流体流动的现象,两种流型层流与湍流2、湍流,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数流体的流动类型可用雷诺数Re判断Re=du/或Re=dG/式中:d管内径,m;u管内流体平均流速,m/s;管内流体密度,kg/m3;管内流体黏度,Pa.s;G质量流速,kg/m2.s,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数 雷诺准数Re是一个无因次的数群。大量的实验结果表明,流体在直管内流动时:当Re2000时,流动为层流,此区称为层流区;当Re4000时,一般出现湍流,此区称为湍流区;当2000 Re 4000 时,流动可能是层流,也可能是湍流,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数 必须指出,根据Re的大小将流动分为三个区域:层流区、过渡区、湍流区,但流动类型只有两种:层流和湍流。过渡区并不表示一种过渡的流型,只是表示该区可能出现层流,也可能出现湍流。,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数雷诺准数的物理意义 雷诺准数Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的比值关系,标志流体流动的湍动程度。由此可见,其值越大,流体的湍动越剧烈,内摩擦力也愈大。,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数习题1,20水以15m3/h的流量流过 60mm3.5mm的钢管,试判断水的流型。,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数习题1,解:从附表查得20水的密度为998.2kg/m3,粘度为1.00510-3Pa.s管内径 d=(60-23.5)mm=53mm水流速 u=V秒/(d2)/4=(15/3600)/(0.7850.0532)m/s=1.89m/s雷诺数 Re=du/=(0.053998.21.89)/(1.00510-3)=9.951044000所以水在管路流动为湍流。,二、流体流动的现象,流型判据雷诺准数习题2,常压、100的空气在108mm4mm的钢管中流动。已知空气的质量流量为330kg/h,试判断空气的流动类型。习题3,25水在60mm3mm的管道中流动,流量为20m3/h,试判断流型。习题4,运动粘度为3.210-5m2/s的有机液体在76mm3.5mm的管内流动,是确定保持管内为层流流动的最大流量。,二、流体流动的现象,阻力损失 1、直管阻力:流体流经一定管径的直管时,由于流体的内摩擦而产生的阻力,又称沿程阻力 2、局部阻力:流体流经管路中的管件(如三通、弯头等)、阀门及截面的突然扩大或缩小等局部障碍所引起的阻力。局部障碍造成的阻力比同样长度的直管阻力要大得多。,二、流体流动的现象,阻力计算 1、沿程阻力计算,二、流体流动的现象,阻力计算 1、沿程阻力计算 倾斜安装的直管阻力表现为总势能的减少;当水平安装时,流动阻力恰好等于两截面的压强能之差。,二、流体流动的现象,阻力计算沿程阻力计算通式计算沿程阻力的一般表达式,层流和湍流都适用。式中成为摩擦系数,与Re和管壁粗糙度有关。,二、流体流动的现象,阻力计算 1、沿程阻力计算 表明:沿程阻力随流体动压头和管长的增大而增大,随管径的减小而增大。,二、流体流动的现象,阻力计算 1、沿程阻力计算 层流时,Re2000,=64/Re 可据此计算,也可查图获取。湍流时,不能理论推算,由图查取。可知,雷诺数Re越大,摩擦系数越小;管壁越粗糙,摩擦系数越大。,二、流体流动的现象,阻力计算 2、局部阻力计算 当量长度法:将流体流过管件或阀门的局部阻力,折合成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力式中le称为管件或阀门的当量长度,实验测定。,二、流体流动的现象,阻力计算 2、局部阻力计算 阻力系数法:将与le/d合并,以符号表示,称为阻力系数。局部阻力计算可变为 一般由实验测定。,二、流体流动的现象,阻力计算 3、管路总阻力计算 流体流经管路的总阻力应是直管阻力和所有局部阻力之和。计算局部阻力时,可用局部阻力系数法,亦可用当量长度法。,二、流体流动的现象,阻力计算 3、管路总阻力计算 阻力系数法分别为管路中所有局部阻力系数和。,二、流体流动的现象,阻力计算 3、管路总阻力计算 当量长度法le分别为管路中所有管件当量长度之和。,二、流体流动的现象,阻力计算 3、管路总阻力计算 当量长度法考虑了值的变化,比较符合实际。工程上称l+le为计算长度,一般可取计算长度为直管长度的1.3倍,即l+le(1.3)l阻力系数法估算简便,不用先算出Re。常见阻力系数和le/d见P29表。,