化工原理天大版第一章 流体流动.ppt

1、第一章第一章 流体流动流体流动1.1 1.1 流体的物理性质流体的物理性质1.2 1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式1.3 1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象1.5 1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力1.6 1.6 流量测量流量测量1.1 1.1 流体的物理性质流体的物理性质1.1.1 流体的密度流体的密度1.1.2 流体的黏度流体的黏度1.1.流体：液体和气体的总称流体：液体和气体的总称(1)(1)流动性；流动性；(2)(2)无固定形状，随容器的形状而变化；无固定形状，随容器的形状而变化；(3)(3)在外力作用下流

2、体内部发生相对运动；在外力作用下流体内部发生相对运动；(4)(4)抗剪抗张的能力很小。抗剪抗张的能力很小。假设流体是由大量质点组成的彼此间没有空隙，完全假设流体是由大量质点组成的彼此间没有空隙，完全充满所占空间的连续介质充满所占空间的连续介质。流体的物理性质及运动参。流体的物理性质及运动参数在空间作连续分布，可用连续函数加以描述。数在空间作连续分布，可用连续函数加以描述。2.2.流体连续性假设：流体连续性假设：液体液体VmV0lim)(T气体气体),(Tp不可压缩流体不可压缩流体/mV 1.1.1 流体的密度流体的密度可压缩流体可压缩流体定义：单位体积流体具有的质量定义：单位体积流体具有的质量

3、点密度点密度TppTTVpTpVVm RTpM理想气体的密度理想气体的密度004.22 TppMT混合流体的密度混合流体的密度液体混合物液体混合物1kg混合物为基准，设各组分混合前后体积不变混合物为基准，设各组分混合前后体积不变1imix气体混合物气体混合物1.mwAwBwnABnxxxxw-组分的质量分数组分的质量分数1m3混合气体为基准，设各组分混合前后质量不变混合气体为基准，设各组分混合前后质量不变.mAVABVBnVnxxxxV-组分的体积分数组分的体积分数比容（比体积）比容（比体积）m/V/1比重比重42/OHd单位质量流体所具有的体积单位质量流体所具有的体积mmpMRT.mAABB

4、nnMM yM yM yy-组分的组分的物质的量物质的量分数分数补充补充1.牛顿黏性定律1.1.2 流体的黏度流体的黏度运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力就运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力就是流体的是流体的内摩擦力或剪切力，黏滞力或黏性摩擦力内摩擦力或剪切力，黏滞力或黏性摩擦力影响摩擦力的因素影响摩擦力的因素平板间平板间uFSyuFSyFuSy内摩擦应力（剪应力）：内摩擦应力（剪应力）：单位面积上的内摩擦力单位面积上的内摩擦力圆筒内圆筒内dudydydu/速度梯度：速度梯度：在与流动方向相垂直的在与流动方向相垂直的y方向上流体速度方向上流体速度的变化率的变化率比例系数，流体黏

5、性越大，其值越大，比例系数，流体黏性越大，其值越大，黏滞系数或黏滞系数或动力黏度动力黏度，简称，简称黏度黏度yxodydu牛顿型流体：牛顿型流体：凡符合牛顿黏性定律的流体，所凡符合牛顿黏性定律的流体，所有气体和大多数液体。有气体和大多数液体。非牛顿型流体：非牛顿型流体：凡是剪应力与速度梯度不符合凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿黏性定律的流体均称为牛顿黏性定律的流体均称为非牛顿型流体非牛顿型流体。胶。胶体溶液、泥浆、乳浊液、长链聚合物溶液、涂体溶液、泥浆、乳浊液、长链聚合物溶液、涂料及混凝土等。料及混凝土等。2.流体的黏度dudy黏度的物理意义：黏度的物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力

6、促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力液体的粘度随温度的升高而减小；气体的粘度液体的粘度随温度的升高而减小；气体的粘度随温度的升高而增大。压力对液体和气体粘度随温度的升高而增大。压力对液体和气体粘度的影响很小。的影响很小。-2-11-2111/N m/m smN s mPa sPg cms100cP10 Pa sdu/dy（泊）（厘泊）黏度的单位黏度的单位运动黏度运动黏度/4211st100cSt10 m s（厘沲）)s(m1221cmst（斯托克斯，S，简称沲）3.理想流体黏度为黏度为零零的流体的流体1.2 1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式1.2.1 1.2.1 静止流体的压力

7、静止流体的压力1.2.2 1.2.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式1.2.3 1.2.3 流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用PpA0limAPpA 垂直作用于流体单位面积上的力称为流体的静垂直作用于流体单位面积上的力称为流体的静压强，简称压强，简称压强压强，俗称，俗称压力压力，Pa点压强：点压强：1.2.1 1.2.1 静止流体的压力静止流体的压力压力压力1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133105Pa2421at=1kgf/cm=735.6mmHg=10mH O=0.9807bar=9.807 1

8、0 Pa压强的单位压强的单位工程上将工程上将1kgf/cm2近似地作为近似地作为1个大气压，称个大气压，称为为1工程大气压工程大气压表压强表压强=绝对压强大气压强绝对压强大气压强压强的不同表示法压强的不同表示法以绝对零压作为起点计算的压强，是流体的真以绝对零压作为起点计算的压强，是流体的真实压强实压强真空度真空度=大气压强绝对压强大气压强绝对压强表压强表压强绝对压强绝对压强真空度真空度大气压、绝对压强、表压强（真空度）之间关系P1P2WAgzzmgW)(210Ag)zz(PP2112PpAgzzpp)(2112z1z2h静止液体内部力的平衡静止液体内部力的平衡1.2.2 1.2.2 流体静力学

9、基本方程式流体静力学基本方程式流体在重力和压力下的平衡规律流体在重力和压力下的平衡规律当液面上方的压强为当液面上方的压强为p0，距液面，距液面h处的压强为处的压强为p1212ppgzgz2112()ppg zz0ppgh流体静力学方程的适用条件及意义：流体静力学方程的适用条件及意义：只适用于只适用于静止的、连通的静止的、连通的同一种连续流体。同一种连续流体。在重力场作用下，静止液体内部压强的变化规律在重力场作用下，静止液体内部压强的变化规律传递定律：传递定律：p p0 0有变化时，流体内部其他各点上的有变化时，流体内部其他各点上的压强也发生变化；压强也发生变化；等压面的概念：等压面的概念：在静

10、止的同一连续流体内，处于在静止的同一连续流体内，处于同一水平面上各点的压强都相等；同一水平面上各点的压强都相等；压强可以用一定高度的流体柱来表示。压强可以用一定高度的流体柱来表示。0ppgh0pphg测量两截面间的压强差或任意截面上的压强；测量两截面间的压强差或任意截面上的压强；测量容器内的液面位置；测量容器内的液面位置；计算液封高度。计算液封高度。一、测量压强差与压强一、测量压强差与压强（1）U形管压差计（液柱压差计）形管压差计（液柱压差计）指示液指示液A与被测流体与被测流体B不互溶也不起化学反应不互溶也不起化学反应BA应用条件应用条件1.2.3 1.2.3 流体静力学基本方程式的应用流体静

11、力学基本方程式的应用gRgzppgzppABfBe221112()ABppgR若要求测定系统中某点压若要求测定系统中某点压力时，将力时，将U形管压力计的形管压力计的一侧直接与大气相连通，一侧直接与大气相连通，则称为测压管，测量的是则称为测压管，测量的是系统的表压或真空度。系统的表压或真空度。（2 2）微差压力计）微差压力计U管内放入两种密度相近且互管内放入两种密度相近且互不相溶的指示液不相溶的指示液A和和C。在在U管顶部增设两个扩张室。管顶部增设两个扩张室。gRRgppBCCA)()(12RgppCA)(12生产中配套使用的两种指示液有：生产中配套使用的两种指示液有：石蜡油和乙醇水溶液、苯甲基

12、醇和氯化钙盐水石蜡油和乙醇水溶液、苯甲基醇和氯化钙盐水U形管的直径形管的直径d与扩张室直径与扩张室直径D之比：之比：1:10二、计算液封高度二、计算液封高度安全液封装置安全液封装置为控制乙炔发生炉内压强不为控制乙炔发生炉内压强不超过超过10.7103Pa（表压），（表压），需在炉外装有安全液封，其需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定作用是当炉内压强超过规定值时，气体就从液封管排出。值时，气体就从液封管排出。求安全液封管应插入槽内水求安全液封管应插入槽内水面下的深度。面下的深度。1.3.1 1.3.1 流量和流速流量和流速1.3.2 1.3.2 稳态流动和非稳态流动稳态流动和非稳态流

13、动1.3.3 1.3.3 连续性方程式连续性方程式1.3.4 1.3.4 柏努利方程式柏努利方程式1.3.5 1.3.5 柏努利方程式的应用柏努利方程式的应用1.3 1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程流量流量:单位时间流过管道内任一截面单位时间流过管道内任一截面流体量流体量流速流速:单位时间内流体在流动方向上通过的距离单位时间内流体在流动方向上通过的距离体积流量体积流量Vs m3/s质量流量质量流量ws kg/s1.3.1 1.3.1 流量和流速流量和流速sswV管中心：管中心：r=0，ur=umax；管壁处：管壁处：r=R，ur=0；在工程计算上为方便起见，流体的流速通常指在工程计

14、算上为方便起见，流体的流速通常指整个管截面上的整个管截面上的平均流速平均流速AwAVuss质量流速质量流速:单位时间内气体通过管道单位截面的单位时间内气体通过管道单位截面的质量质量uAVAwGss2244/dVdVAVusss输送管路的直径输送管路的直径4sVdum/skg/(m2s)流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流体有关的体有关的流动参数流动参数都都不随时间而变化，不随时间而变化，稳态流动稳态流动。只要有一个流动参数随时间变化，只要有一个流动参数随时间变化，非稳态流动非稳态流动。不稳定流动不稳定流动1.3.2 1.3.2 稳态流动和

15、非稳态流动稳态流动和非稳态流动1.3.3 1.3.3 物料衡算物料衡算-连续性方程式连续性方程式12ssww质量守恒定律质量守恒定律111222.snnnwu Au Au A 常数swuA111222swu Au A常数uuu.21若输送管路直径相同，则若输送管路直径相同，则A为常数为常数在等直径管道中输送不可压缩流体时速度为常数在等直径管道中输送不可压缩流体时速度为常数若是若是可压缩流体在等径管道中流动可压缩流体在等径管道中流动常数uuuG.2211若输送不可压缩流体若输送不可压缩流体1122.sVu Au AuA 常数常数反映在稳态流动系统中，流量一定时，管路各反映在稳态流动系统中，流量一

16、定时，管路各截面上截面上平均流速平均流速变化规律变化规律连续性方程的规律与连续性方程的规律与管路的安排管路的安排以及管路上是以及管路上是否装有否装有管件管件、阀门或输送机械阀门或输送机械等等无关无关。连续性方程的意义：连续性方程的意义：注意：注意：1.3.4 1.3.4 能量衡算能量衡算-柏努利方程式柏努利方程式一、流动系统的总能量衡算一、流动系统的总能量衡算 内能：物质内部能量的总和，内能：物质内部能量的总和，U，J/kg位能：流体因受重力的作用，在不同的高度具有的位能：流体因受重力的作用，在不同的高度具有的不同的位能，相当于质量为不同的位能，相当于质量为m的流体自基准水平面升的流体自基准水

17、平面升举到某高度所作的功，位能举到某高度所作的功，位能=mgZ，J/kg动能：动能：mu2/2,J/kg（一）流动着的流体本身具有的能量：（一）流动着的流体本身具有的能量：静压能（压强能）：通过静压能（压强能）：通过截面截面的流体必定带着的流体必定带着能量进入系统，流体所具有的这种能量称为能量进入系统，流体所具有的这种能量称为静压静压能或流动功能或流动功设设m、V流体通过截面，推进此截面所需流体通过截面，推进此截面所需作用力作用力11Pp A流体通过此截面所走的流体通过此截面所走的距离距离11/VA静压能静压能111111Vp Ap VA1kg流体输入的静压能流体输入的静压能1 11 1pVp

18、 vm静压能单位：静压能单位：31 1mPaJ/kgkgp v 位能、动能、静压能称为位能、动能、静压能称为机械能机械能，三者之和称，三者之和称为为总机械能总机械能（二）系统与外界交换的能量（二）系统与外界交换的能量与换热器交换的能量与换热器交换的能量：若换热器对流体加热，则若换热器对流体加热，则Qe为从外界向系统输入的能量；若换热器对流体冷却，为从外界向系统输入的能量；若换热器对流体冷却，则则Qe为系统向外界输出的能量，为系统向外界输出的能量，J/kg。输送机械向系统输入的功输送机械向系统输入的功:流体由输送机械所获得流体由输送机械所获得的能量，称外功或净功，亦称有效功的能量，称外功或净功，

19、亦称有效功We，J/kg。恒算范围恒算范围:内壁面、内壁面、1-11-1与与2-22-2恒算基准恒算基准:1kg:1kg流体；流体；基准水平面基准水平面:O O-OO平面。平面。（三）能量衡算（三）能量衡算能量守恒定律：能量守恒定律：22222211211122vpugZUWQvpugZUee1122212221212)(;vpvppvuuuZZZUUUeeWQpvuZgU)(2/2输入的总能量输入的总能量=输出的总能量输出的总能量稳态流动过程的总能量衡算式，稳态流动过程的总能量衡算式，也是流动系统中热力也是流动系统中热力学第一定律表达式。学第一定律表达式。二、流动系统的总机械能衡算二、流动系

20、统的总机械能衡算根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：21vvepdvQU1kg流体在流体在1-1到到2-2之间所获得的热之间所获得的热被加热而引起体积膨胀所作的功被加热而引起体积膨胀所作的功eefQQhQe由两部分组成：一部分是流体与环境所交换的热，由两部分组成：一部分是流体与环境所交换的热，即即换热器提供的热量换热器提供的热量；一部分是液体为克服流体阻；一部分是液体为克服流体阻力而消耗的一部分机械能，这部分力而消耗的一部分机械能，这部分机械能转变成热机械能转变成热,只能略微提高流体的温度，而不能直接用于流体的只能略微提高流体的温度，而不能直接用于流体的输送，这部分机械能实际上损失，称输送

21、，这部分机械能实际上损失，称能量损失能量损失 设设1kg流体在系统中流动，因克服流体阻力而损失流体在系统中流动，因克服流体阻力而损失的能量为的能量为hf21 vefvUQhpdv 212121)()(ppvvvvvdppdvpvdpv212/2()vefvg ZupvpdvWh 212/2pefpgZuvdpWh 表示表示1kg1kg流体流动时流体流动时机械能机械能的变化关系，称为流体稳的变化关系，称为流体稳态流动时的态流动时的机械能衡算式机械能衡算式,可压缩流体与不可压缩流可压缩流体与不可压缩流体均适用。体均适用。三、柏努利方程三、柏努利方程不可压缩流体的不可压缩流体的v或或为常数为常数pp

22、pvvdppp)(122122efupg ZWh 2211221222efupupgZWgZh 0 0fehW2211221222upupgZgZ四、柏努利方程式的讨论四、柏努利方程式的讨论（1 1）稳态流动的流体）稳态流动的流体不可压缩理想流体在管道内作稳态流动而且无外功不可压缩理想流体在管道内作稳态流动而且无外功输入时，在任一截面上单位质量流体所具有的输入时，在任一截面上单位质量流体所具有的总机总机械能为常数械能为常数常数pugzpugzpugz2.22222221211理想流体且无外功加入理想流体且无外功加入2222121122pugZpugZ22212122pupu22121212 2

23、2ssuuddVV；12pp各种形式的机械能可以相互转换各种形式的机械能可以相互转换gz、u2/2、p/是指在某截面上是指在某截面上流体本身流体本身所具有所具有的能量；的能量；We和和hf是指流体在两截面间流动时是指流体在两截面间流动时获得和消耗获得和消耗的能量。的能量。We：输送设备对单位质量流体所做的有效功，：输送设备对单位质量流体所做的有效功，是是选择流体输送设备的重要依据选择流体输送设备的重要依据Ne：单位时间输送设备所作有效功称单位时间输送设备所作有效功称有效功率有效功率（2）单位质量流体具有的能量：）单位质量流体具有的能量：eesNW w可采用柏努利方程进行计算，但式中的流体密度可

24、采用柏努利方程进行计算，但式中的流体密度应应以平均密度以平均密度 mm代替代替（3）可压缩流体的流动）可压缩流体的流动12120%ppp（4）静止的流体）静止的流体e0 0 0fuhW1212ppgZgZ柏努利方程式表示流体柏努利方程式表示流体流动流动及及静止静止状态的规律状态的规律2211221222fehWupupZZgggggg feefhWHHggfeHgpguZHgpguZ2222121122以以单位重量单位重量流体为衡算基准，除以流体为衡算基准，除以g g（5）不同衡算基准下的柏努利方程）不同衡算基准下的柏努利方程2N mN m=mmNkgs单位：单位：Z、u2/2g、p/g、Hf

25、 称为位压头、动压头、静称为位压头、动压头、静压头、压头损失；压头、压头损失；He：输送设备对流体提供有效压头。：输送设备对流体提供有效压头。物理意义：物理意义：表示表示单位重量单位重量流体所具有的机械能可以把自身流体所具有的机械能可以把自身从基准水平面升举的高度；从基准水平面升举的高度；2212112222efuug ZpWg Zph 表示单位体积流体所具有的能量表示单位体积流体所具有的能量33N mkgN m=Pakgmm以单位体积流体为衡算基准，乘以以单位体积流体为衡算基准，乘以1.3.5 1.3.5 柏努利方程式的应用柏努利方程式的应用应用柏努利方程解题要点：（1）作图与确定衡算范围；

26、）作图与确定衡算范围；（2）截面的选取；）截面的选取；（3）基准水平面的选择；）基准水平面的选择；（4）两截面上的压强；）两截面上的压强；（5）单位必须一致）单位必须一致（1）确定管道中流体的流量gpguZgpguZ2222121122已知已知:管道内径分别为管道内径分别为d1，d2，hf=0 求求:qV解解:选择截面，且以其中心线选择截面，且以其中心线处为基准面处为基准面hf=0，He=0在在截面之间列截面之间列柏努利方程柏努利方程021 ZZgPgugPgu/2/2/222121连续性方程连续性方程222211dudu4120212dd)(RgugRpgRp021静力学方程：静力学方程：4

27、120222221244dd)(RgdudqV用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与大气相用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与大气相通，要求料液在管内以通，要求料液在管内以u=1.0ms-1的速度流动，料液的速度流动，料液在管内流动时的能量损失为在管内流动时的能量损失为2JN-1求：求：高位槽的液面比虹吸管的出口高多少？（能量高位槽的液面比虹吸管的出口高多少？（能量损失不包括出口的损失）损失不包括出口的损失）（2）确定容器之间的相对位置解：解：取高位槽液面为取高位槽液面为1-11-1截截面，虹吸管内侧出口为面，虹吸管内侧出口为2-22-2截截 面，且以面，且以2-22-2截面为基准截面为基准

28、面列柏努力方程：面列柏努力方程：2211221222efupupZHZHggggZ1=h，Z2=0，p1=p2=0（表压），（表压），He=022221221()/222effuuhHHhuugHgg对于大的容器，其流速相对小管道而言很小，对于大的容器，其流速相对小管道而言很小，u10，22/21/2 9.81 2 2.05fh ug H 水喷射泵的进水管内径为水喷射泵的进水管内径为20mm，水的流量，水的流量0.5m3/h，进水压强，进水压强为为2.2kgfcm-2（绝对压强）。喷（绝对压强）。喷嘴的内径为嘴的内径为3mm，当时大气压当时大气压为为101.3kPa。求：求：喷嘴处理论上可产生

29、多大喷嘴处理论上可产生多大的真空度？的真空度？（3 3）流体压强的确定）流体压强的确定 解：解：取喷射泵进水口处为取喷射泵进水口处为1-1截截面，喷嘴口处为面，喷嘴口处为2-2截面，以截面，以 2-2截面为基准面截面为基准面列柏努利方程为：列柏努利方程为：两截面之间垂直距离很小，位差可忽略，两截面之间垂直距离很小，位差可忽略，Z1 Z2，若忽略水流经喷嘴的能量损失若忽略水流经喷嘴的能量损失2211221222efupupZHZHgggg/P/u/P/u222121221-211v11-222v2sm44.04d36005.0Squ ;sm6.194d36005.0Squ喷嘴处的真空度为喷嘴处的

30、真空度为101.3-23.8=77.5 kPap1=2.29.81104=215820Pap2=p1+(u12-u22)/2=23837 Pa（4 4）确定输送设备的功率确定输送设备的功率离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内，敞口贮槽内离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内，敞口贮槽内液面保持恒定。料液的密度为液面保持恒定。料液的密度为1200kgm-3，蒸发器上，蒸发器上部的蒸发室内操作压力为部的蒸发室内操作压力为200mmHg（真空度），蒸发（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内的液面器进料口高于贮槽内的液面15m，输送管道的直径为，输送管道的直径为684mm，送液量为，送液量为20m3h-1，溶液

31、流经全部管道的，溶液流经全部管道的能量损失为能量损失为12.23JN-1（不包括出口的能量损失），泵（不包括出口的能量损失），泵的效率为的效率为60%。求求:泵的有效功率。应选用多大的泵的有效功率。应选用多大的 电机？电机？p2=-200mmHg=-26670Pa（表压表压）22111222/(2)/()/(2)/()efZugpgHZugpgHZ1=0，Z2=15m，p1=0，u101-222sm9714./dqSquvvNe=qmWe=1.65kWNa=Ne/=2.75kW解：解：取贮槽液面为取贮槽液面为1-1截面，蒸发器进料口内侧入口截面，蒸发器进料口内侧入口为为2-2截面，以截面，以1

32、-1为基准面列柏努利方程：为基准面列柏努利方程：fehpugZW/2/22221.4.11.4.1流动类型和雷诺数流动类型和雷诺数层流（滞流）层流（滞流）laminar flow laminar flow 湍流（絮流）湍流（絮流）turbulent flowturbulent flow雷诺数是一个无量纲数群（准数）雷诺数是一个无量纲数群（准数）3000L MLT LL MTML TduRe1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象1.雷诺实验与雷诺数雷诺数的物理意义：雷诺数的物理意义：u2 与惯性成正比，与惯性成正比，u/d 与黏性力成正比，与黏性力成正比，雷诺数的物理意义是雷诺数的物理意义是惯

33、性力惯性力与与黏性力黏性力之比之比2duuReud2.层流和湍流层流转变为湍流时的雷诺数称为层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数临界雷诺数ReRec c1.4.2 1.4.2 流体在管内流动时的速度分布流体在管内流动时的速度分布1.1.流体在圆管内层流流动时的速度分布流体在圆管内层流流动时的速度分布max2uu2.2.流体在圆管内湍流流动时的速度分布流体在圆管内湍流流动时的速度分布层流内层：湍流时管壁处的层流内层：湍流时管壁处的速度等于零速度等于零，靠近，靠近管壁的流体作管壁的流体作层流流动层流流动，这一作层流流动的流，这一作层流流动的流体薄层，称为体薄层，称为层流内层层流内层或或层流底层层

34、流底层化工中的管子按照管材的性质和加工情况分为化工中的管子按照管材的性质和加工情况分为光滑管和粗糙管。玻璃管、铜管、铅管及塑料光滑管和粗糙管。玻璃管、铜管、铅管及塑料管称为光滑管；旧钢管和铸铁管称为粗糙管。管称为光滑管；旧钢管和铸铁管称为粗糙管。管件管件管子管子1.5 1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力弯头、三通、活接头弯头、三通、活接头fffhhhfh单位质量流体流动时损失机械能，单位质量流体流动时损失机械能，J/kgfhg单位重量流体流动时损失机械能，单位重量流体流动时损失机械能，mfh单位体积流体流动时损失机械能，单位体积流体流动时损失机械能，Pa2211221222efu

35、pupgZWgZh ffphpf称为流动阻力引起的称为流动阻力引起的压强降压强降fpp 压强降与两截面间压强差是两个截然不同的概念压强降与两截面间压强差是两个截然不同的概念22efupgZWh 221f2eupppWg Zh 当流体在一段无外功加入、直径相等的水平管内流动时当流体在一段无外功加入、直径相等的水平管内流动时fpp 2211221222fupupgZgZh222224Pp Apd1212,ZZuuu12fpph垂直作用于垂直作用于1-1的压力的压力垂直作用于垂直作用于2-2的压力的压力211114Pp Apd1.5.1 1.5.1 流体在直管内的流动阻力流体在直管内的流动阻力流动的

36、流动的推动力推动力:21212()4PPppd流动的流动的阻力阻力:FSdl牛顿第二运动定律牛顿第二运动定律:212()4ppddl124lppd12fpph4flhd22fl uhd224422fflluhhdud令令28u22ffluphd流体阻力会引起压强的降低，用压强降表示：流体阻力会引起压强的降低，用压强降表示：层流、湍流均适用层流、湍流均适用滞流时的摩擦系数：滞流时的摩擦系数：=f（Re）64Re湍流时的摩擦系数：湍流时的摩擦系数：=f（Re，）：摩擦系数，雷诺数的函数或雷诺数与管壁粗糙度摩擦系数，雷诺数的函数或雷诺数与管壁粗糙度的函数的函数28u管壁粗糙面凸出部分的平均高度称为管

37、壁粗糙面凸出部分的平均高度称为绝对粗糙度绝对粗糙度绝对粗糙度与管内径的比值绝对粗糙度与管内径的比值/d，称为称为相对粗糙度相对粗糙度20的水在直径为的水在直径为60mm3.5mm的镀锌铁管中以的镀锌铁管中以1ms-1的流速流动，求水通过的流速流动，求水通过100m长度管子的压力降长度管子的压力降及压头损失？及压头损失？解：解：=998.2kgm-3,=1.00510-3Pasd=60-3.52=53 mm，l=100m,u=1 ms-1，4310265100051299810530././duRe取镀锌铁管的管壁绝对粗糙度为取镀锌铁管的管壁绝对粗糙度为=0.2mm，则，则/d=0.2/53=0

38、.004，在图中找到，在图中找到Re及及/d位置，由两者的交点位置，由两者的交点读出读出=0.031压力降：压力降：24210922)2)(mN./ud/lpf2(/)/2 2.98fHl d ugm水柱压头损失：压头损失：1.5.2 1.5.2 流体在非圆形直管内的流动阻力流体在非圆形直管内的流动阻力水力半径：水力半径：流体在流道里的流通截面与润湿周流体在流道里的流通截面与润湿周边长之比边长之比ArH对于直径为对于直径为d d的圆形管：的圆形管：244HdAdrd圆形管的直径为水力半径的圆形管的直径为水力半径的4倍倍非圆形管：非圆形管：非圆形管的直径也采用非圆形管的直径也采用4倍的水力半径代

39、替，倍的水力半径代替，称为当量直径称为当量直径Herd4在非圆形直管内作湍流流动时，阻力损失：在非圆形直管内作湍流流动时，阻力损失：22feluhdudeRe在非圆形直管内作层流流动时：在非圆形直管内作层流流动时：ReC湍流流动下，局部阻力的计算方法有湍流流动下，局部阻力的计算方法有阻力系数阻力系数法和当量长度法法和当量长度法22fuh阻力系数法阻力系数法：局部阻力系数局部阻力系数a.a.突然扩大与突然缩小突然扩大与突然缩小几种常见的局部阻力系数几种常见的局部阻力系数1.5.3 1.5.3 管路上的局部阻力管路上的局部阻力22fup突然扩大（突然扩大（a）或突然收缩（）或突然收缩（b）时的局部

40、阻力系数）时的局部阻力系数b.进口和出口进口和出口当流体从容器进入管内时，当流体从容器进入管内时，A2/A10，=0.5。进口损失进口损失若进管口圆滑或呈喇叭状，则局部阻力损失减若进管口圆滑或呈喇叭状，则局部阻力损失减少，少，=0.250.05当流体自管子进入容器或从管子直接排到管外当流体自管子进入容器或从管子直接排到管外空间时，空间时，A1/A20,=。出口损失出口损失。当量长度法：当量长度法：将局部阻力损失折算成相当长度的直管的阻力将局部阻力损失折算成相当长度的直管的阻力损失，此相当的管长度称为损失，此相当的管长度称为当量长度当量长度le。22efl uhd22eflupd管件：弯头、三通

41、、活接头管件：弯头、三通、活接头1.5.4 1.5.4 管路系统中的总能量损失管路系统中的总能量损失2222fffluuhhhd2()2iefffilluhhhd 1.6 1.6 流量的测量流量的测量根据流体流动时各种机械能相互转换关系而设根据流体流动时各种机械能相互转换关系而设计的流速计与流量计。计的流速计与流量计。1.6.1 测速管：皮托管测速管：皮托管(Pitot)内管测得内管测得:管口所在位置的局部流体动能与静压管口所在位置的局部流体动能与静压能能之和，称为冲压能之和，称为冲压能puhrA22测速管的外管前端壁面四周的测压孔口与管道测速管的外管前端壁面四周的测压孔口与管道中流体的流动方

42、向平行，故测得的是流体的静中流体的流动方向平行，故测得的是流体的静压能压能phB测量点处的冲压能与静压能之差测量点处的冲压能与静压能之差h=hA-hB=ur2/2测量点处局部流速为：测量点处局部流速为：hur2)(CAgRh2()ACrgRu1.6.2 1.6.2 孔板流量计孔板流量计 在孔板流量计上游的管截面在孔板流量计上游的管截面11处流速为处流速为u1,压强为压强为p1的流体通过孔板时，圆流道突然的流体通过孔板时，圆流道突然缩小，使流速突然增加，压强降低。缩小，使流速突然增加，压强降低。流体流过孔板后，由于惯性作用，流道截流体流过孔板后，由于惯性作用，流道截面继续收缩，直到面继续收缩，直

43、到22处，流体的流道截面处，流体的流道截面收缩到最小，称为收缩到最小，称为缩脉缩脉，此处的流速为，此处的流速为u2，压强为压强为p2；随后流道截面逐渐扩大，流速逐渐减小，随后流道截面逐渐扩大，流速逐渐减小，并恢复到截面并恢复到截面11处的数值。处的数值。测量原理：测量原理：22011100102201101122 2()/ppugZugZZZuupp在在11与与00列柏努利方程式列柏努利方程式能量损失不能忽略，引入校正系数能量损失不能忽略，引入校正系数C11 20,fh22011102()/uuCpp由于孔板的厚度很小，一般为由于孔板的厚度很小，一般为612毫米，所以毫米，所以不能把下游测压口

44、正好装在孔板上。比较常用不能把下游测压口正好装在孔板上。比较常用的方法是的方法是角接取压法角接取压法，就是把上、下游两个测，就是把上、下游两个测压口装在紧靠孔板前后位置上，所测得的压差压口装在紧靠孔板前后位置上，所测得的压差为为(pa-pb)，不等于，不等于(p1-p0)，所以又应引进另一所以又应引进另一校正系数校正系数C2 用来校正上、下游测压口的位置。用来校正上、下游测压口的位置。1202011202012()/1(/)1(/)abC CuppAAC CCAA令:2201122()/abuuCCpp21020210011AAuuAuAu002()/abuCpp质量流量质量流量/)(2 00

45、00basppCAuAV)(20000basppACuAw体积流量体积流量（pa-pb）可由压差计测得。指示液密度为）可由压差计测得。指示液密度为A)(AbagRpp/)(2 00AsgRCAV)(200AsgRACwC0为流量系数或孔流系数：为流量系数或孔流系数：C0与与C1、C2、Re、A0/A1有关。当有关。当A0/A1为某一值时，若为某一值时，若ReRec，则，则C0=const，其范围：其范围：0.60.7。流量计所测范围最好落在这一区。流量计所测范围最好落在这一区域内。域内。孔板流量计是一种容易制造的简单装置。当流孔板流量计是一种容易制造的简单装置。当流量较大变化时，为了调整测量条

46、件，调换孔板量较大变化时，为了调整测量条件，调换孔板亦很方便。它的缺点是流经孔板后能量损失较亦很方便。它的缺点是流经孔板后能量损失较大，并随大，并随A0/A1的减小而增大。而且孔口边缘容的减小而增大。而且孔口边缘容易腐蚀和磨损，所以流量计应定期进行校正。易腐蚀和磨损，所以流量计应定期进行校正。孔板流量计的能量损失（永久损失）可按下式估算孔板流量计的能量损失（永久损失）可按下式估算)1.11(10AAppphbaff1.6.3 1.6.3 文丘里流量计文丘里流量计为减小流体流经元件时的能量损失，可以用一为减小流体流经元件时的能量损失，可以用一段渐缩、渐扩管代替孔板，这样构成的流量计段渐缩、渐扩管

47、代替孔板，这样构成的流量计称为称为文丘里流量计或文氏流量计文丘里流量计或文氏流量计。/)(2 00ppCAVaVs转子承受的压力差=转子的重力-流体对转子的浮力gVgVAppffff)(21fffAgVpp/)()(211.6.4 1.6.4 转子流量计转子流量计设Vf为转子的体积，Af为转子最大部分截面积，f为转子的密度，为被测液体的密度。当转子处于平衡时，当转子停留在某固定位置时，流体流经该环形当转子停留在某固定位置时，流体流经该环形截面的流量和压强差的关系与流体通过孔板流截面的流量和压强差的关系与流体通过孔板流量计小孔的情况类似量计小孔的情况类似/)(2 21ppCAVRRsfffRRsAgVCAV/)(2 AR-转子与玻璃管的环形横截面积 CR-转子流量计的流量系数，与Re及转子形状有关，由实验测定或从手册中查到。