化工笔记-粘度流体流动(层流湍流)阻力损失.ppt

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1、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

2、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（1

3、000 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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。,

9、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。,