化工原理-第三版-陈敏恒-课件-华东理工内部1.ppt

1、1 概述1.1 流体流动的考察方法1.1.1 连续性假定 固体力学：考察对象-单个固体，离散介质。流体力学：考察对象-无数质点，连续介质。例如点压强的考察 p(正压力/面积)第第1章章 流体流动流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子平均自由程。可能性：1mm3常温常压气体含2.51015个分子，分子平均自由程为0.1m量级。连续性假定流体是由无数质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。目的：可用微积分来描述流体的各种参数。1.1.2 考察方法拉格朗日法选定流体质点，跟踪观察，描述 运动参数。欧拉法选定空间位置，考察流体运动参数。轨线与流线(录像)的

2、区别：轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线；流线是同一瞬时不同流体质点的速度方向连线。系统与控制体的区别系统（封闭系统）为众多流体质点的集合，是用拉格朗日法考察流体。控制体（某固定空间）如化工设备，是用欧拉法考察流体。本门课程通常用欧拉法。定态流动流动参数仅随空间变化，而与时间无关。1.1.3 流体受力体积力 作用于体积中的各个部位，力的大小与体积（质量）有关。如：重力，惯性力，离心力。表面力 分解成：垂直于作用面，压力 p；平行于作用面，剪切力。1.1.4 流体黏性 (录像)黏性的物理本质：分子间引力和分子热运动、碰撞。牛顿黏性定律剪应力N/m2（Pa），粘度 Ns/m2（Pas）

3、表明流体受剪切力必运动。牛顿型流体与非牛顿型流体的区别。=f(温度，压强)，压强不高，可以忽略。对液体，温度升高，黏度下降（内聚力为主）对气体，温度升高，黏度上升（热运动为主）理想流体:假定=0说明：说明：（1）流体剪应力与法向速度梯度成正比，与正压力无关；）流体剪应力与法向速度梯度成正比，与正压力无关；（不同于固体表面的摩擦力）（不同于固体表面的摩擦力）（2）当流体静止时）当流体静止时du/dy=0,=0；（3）相邻流体层的流速，只能是连续变化的，紧靠静止）相邻流体层的流速，只能是连续变化的，紧靠静止 固体壁面处的流体流速为固体壁面处的流体流速为0。黏度的单位较早的手册常用泊（达因黏度的单位

4、较早的手册常用泊（达因秒秒/厘米厘米2）或厘泊）或厘泊 1cP（厘泊）（厘泊）0.001 Pas（水的黏度（水的黏度1cP，20度）度）有时也用有时也用/，称运动黏度，单位，称运动黏度，单位m m2 2/s/s。黏度黏度又称动力黏度。又称动力黏度。1.1.5 流体流动的机械能 为单位质量流体的动能 gz 为单位质量流体的位能 为单位质量流体的压强能22u)2(2mum)(mmgz p)ddd(VlAp 1.2 流体静力学1.2.1 静止流体的压强分布1.2.1.1 静压强的特性任意界面上只受到大小相等方向相反的压力。作用于任意点不同方位的静压强数值相等。压强各向传递。1.2.1.2 取控制体作

5、力衡算 ,同样 ,1.2.1.3 结合本过程特点解微分方程重力场得 X=0,Y=0,Z=-g因 ,则积分得 p+gz=常数 或等高等压，等压面01 zpZ 01 xpX 01 ypY 0 xp0 yp0dd1 zpg 2211gzpgzp ghpzzgppaa )(212讨论：讨论：1）p2=p1+g h 适用条件：静止流体，重力场，不可压缩流体适用条件：静止流体，重力场，不可压缩流体 2）如上底面取在容器的液面上，其压力为）如上底面取在容器的液面上，其压力为p0 下底面取在容器的任意面上，其压力为下底面取在容器的任意面上，其压力为p 则则p=p0+g h 3）当）当p1有变化时，有变化时，p

6、2也发生同样大小的变化。也发生同样大小的变化。p还与还与，h有关有关 p hp 4）等压面）等压面在静止的、连续的、同一流体内，处在静止的、连续的、同一流体内，处 于同一水平面上各点的压强相等。于同一水平面上各点的压强相等。分析方法（数学分析法）取控制体作力衡算结合本过程的特点，解微分方程1.2.1.4 静力学方程应用条件同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用)静止(或等速直线流动的横截面-均匀流)重力场单连通1.2.2 流体的总势能 总势能 （压强能与位能之和）虚拟压强1.2.3 压强的表示方法1.2.3.1 单位 N/m2=Pa 106Pa=1MPa 流体柱高度(p=gh)1 atm=1

7、.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O 1 bar=105Pa 1 at=1kg(f)/cm2=9.81104Pa1.2.3.2 基准 表压=绝对压-大气压 真空度=大气压-绝对压表压真空度绝对零压大气压绝对压绝对压1.2.4 静力学方程的工程应用1.2.4.1 测压已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(绝压)，(表压)解：pB=pa+汞gR pB=pA+水gh pA=pa+汞gR-水gh =1.013105+136009.810.18-10009.810.5 =1.204105Pa(绝压)pA=1.204105-1.013105=1.91104Pa(表压)1.2.

8、4.2 烟囱拔烟 pA=p2+冷gh pB=p2+热gh 由于冷热,则pApB 所以拔风烟囱拔风的必要条件是什么？1.2.4.3 浮力的本质物体上下所受压强不同取微元：压差力=(p2-p1)dA=ghdA=gdV排 V排=dV排1.2.4.4 液封设备中压力要保持，液体要排出，须用液封。1.2.4.5 流向判别 接通后流向？流水的有无静力学流水的多少动力学判据:看z大小，还是p大小？同一水平高度比压强p左=pA+gzA=PAp右=pB+gzB=PB本次讲课习题：第一章 1，2，3，5，6，7,8流线演示：返回流体黏性：返回1.3 流体流动中的守恒原理1.3.1 质量守恒1）流量、流速 流量质量

9、流量qm，kg/s （qv）体积流量qv，m3/s 流速质量流速G，kg/m2s（qm/A）体积流速u，m/s （qv/A）2）点速度u 圆管：粘性，速度分布 工程处理方法：平均值 AquV 3）平均速度）平均速度 平均值的选取应当按其目的采用相应的平均方法平均值的选取应当按其目的采用相应的平均方法 平均流速平均流速按照流量相等的原则，即按照流量相等的原则，即 平均流速只在流量与实际平均流速只在流量与实际 的速度分布是等效的，并的速度分布是等效的，并 不代表其他方面也等效。不代表其他方面也等效。如平均动能。如平均动能。vAAqu AudAudAuAvmwmquAqquAqGuA4）质量守恒方程

10、（连续性方程）质量守恒方程（连续性方程）取控制体作物料衡算（欧拉法）取控制体作物料衡算（欧拉法）212221122122112121222111222111,0.dduuAAuucAuAucqqccqqcAuAudVtdVtAuAuvvmmVV圆管：，对不可压缩流体：连续性方程式即：定态流动：气体密度计算标准状态下：换算：质量流速 不随温度压力变化TTpp000 1.3.2 机械能守恒机械能守恒1）沿轨线的机械能守恒）沿轨线的机械能守恒 理想流体：理想流体：=0 运动时，只受质量力和压强力的作用运动时，只受质量力和压强力的作用222P2pugzcucBernoulli不可压缩流体，或：-理想流

11、体沿轨线的机械能守恒-（）伯努利方程上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推导。上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推导。定态条件：流线与轨线重合，故伯努利方程定态条件：流线与轨线重合，故伯努利方程 对单根流线也适合。对单根流线也适合。理想流体管流的机械能守恒理想流体管流的机械能守恒均匀流段均匀流段（各流线都是平行的直线并与截面垂）：（各流线都是平行的直线并与截面垂）：同一截面上各点的总势能同一截面上各点的总势能 P P/相等（图相等（图1-12）理想流体：同一截面上各点的流速理想流体：同一截面上各点的流速u相等相等 所以，伯努利方程对管流也适用所以，伯努利方程对管流也适用 2211221222pu

12、pugzgz实际流体管流的机械能衡算实际流体管流的机械能衡算 与理想流体的差别与理想流体的差别 0，u=f(r)流动时为克服摩擦力要消耗机械能，机械能不守恒；流动时为克服摩擦力要消耗机械能，机械能不守恒；均匀流段上，截面上各点的动能均匀流段上，截面上各点的动能u2/2不等，工程上用不等，工程上用平均动能代替之。平均动能代替之。平均的原则：截面上总动能相等。平均的原则：截面上总动能相等。动能因子动能因子在工业上常见的速度分布在工业上常见的速度分布1 1，动能项可用平均流，动能项可用平均流速。速。22112212()()22efpupugzhgzh331uAu dAA柏努利方程的应用条件：（1）重

13、力场，定态流动，不可压缩的 理想流体沿轨线满流。（2）无外加机械能或机械能输出。1.3.2.2 推广到工程上可用形式沿轨线-沿流线 定态：流线与轨线重合 u、p等参数与时间无关沿流线-沿流管 截面处均匀流 （没有加速度）截面处流速均匀分布平均速度速度分布 引入理想流体黏性损失 引入hf关于加速度：点1有当地加速度、有迁移加速度点2只有当地加速度点3有迁移加速度点4没有加速度均匀流段均匀分布得机械能衡算式：1.3.2.3 应用时注意 u1A1=u2A2+u3A3应用时注意 (录像)应用时注意阀开、阀关1.3.2.4 工程应用(1)测风量由1-1至2-2排方程 压差计：可得：2222uppa gR

14、ppia 2 iagRppu2)(222 22uAqV(2)虹吸 从1-1至2-2排方程222upgHpaa gHu22(3)马利奥特容器 求水面在a-a面以上时的放水速度：由a-a面至出口小孔截面2-2排方程这时的流动条件是定态的实际:22upgzpaaa agzu2 agzCu20 机械能衡算式导出步骤：简化 将问题先简化到可分析的状况，得理论解。修正 逐一解决与实际的差距，使结果可工程应用。应用时应注意的问题：看是否符合应用条件（连续流，满流）画示意图 截面选取 均匀流，已知量最多，大截面u=0 真空吸料现要将30的乙醇输送到高位槽，,管子 ,流量0.004m3/s。有人建议抽真空，使料

15、液吸上。忽略hf。求：p=?3kg/m800 mm5.357 解：从1-2排柏努利方程 =5520Pa(绝)guzgpgpa2222 m/s0.205.0785.0004.04222 dquV2222gzuppa 1281.98002280010013.125 根据物化知识 30 pV=10700Pa拟定态处理已知：D=1m,d=40mm,h=0.5m求：放完水所需时间 解：从1至2截面排柏努利方程任一瞬时 对桶内液体作质量衡算 输入+生成=输出+积累 22ugh ghu2 thDuddd440022 ghuthdD2dd22 hhgdDtd2d22 s200d2d05.0220 hhgdDt

16、 问题：1.行使的列车旁，人为什么不能靠得太近？2.飞机的升力如何来的？3.旋转的乒乓球为什么走弧线？4.穿堂风是什么？（空气对流原理）5.山上的瀑布是如何形成的？本次讲课习题：第一章 11，12，13，14，15，16柏努利演示 返回弯头压力分布 返回1.3.3 动量守恒牛顿第二定律可写成：Ft=(mu)取单位时间计：F=(qmu)=出qmu-进qmu单进单出：FX=qm(u2x-u1x)Fy=qm(u2y-u1y)Fz=qm(u2z-u1z)条件：定态流动，管截面上速度均匀分布工程应用：（1）流量分配 取一节作分析忽略壁面摩擦阻力，按x方向动量守恒式因支管流水，所以，(录像)（2）压力射流

17、根据动量守恒，压力射流的小孔流速是多少？解：划虚线控制体，按水平方向列动量守恒式这样 ，得按实用形式，得 C0=0.7 20000)(uAuqpApAAApma 200)(uAppAa appu )(20appCu （3）提升高度已知：喷射量 qVj=0.02m3/s,d=0.035m 提升量 qVs=0.03m3/s,D=0.18m求：H=?解：忽略壁面摩擦力，假定速度分布均匀从23排动量守恒方程(p3=pa)从12截面排柏努利方程guHgpgpa2222 m/s23.1)035.018.0(785.003.0222 um34.181.9223.142.122222 gugppHa（4）水龙

18、反冲力已知：D=90mm,d=30mm,pmax=150kPa(表)求：最大理论喷射高度h;水龙反冲力的大小,方向。解：由12截面排柏努利方程 z0)1(222414222212221dduuupp )1()(24142212ddppu m/s4.17)90301(10001000150244 最大理论喷射高度即为出口动能完全转化成位能取控制体作动量守恒计算方向：顶住水龙,不让它向后退 m4.1581.924.172222 guhN21403.0785.04.17100022222 AuF 机械能守恒定律和动量守恒定律机械能守恒定律和动量守恒定律的关系的关系 都是从牛顿第二定律出发，反映流体流

19、动各都是从牛顿第二定律出发，反映流体流动各运动参数变化规律。运动参数变化规律。要解决有关流体力学问题时：要解决有关流体力学问题时：1）当机械能耗损无法确定，控制体内的各作用）当机械能耗损无法确定，控制体内的各作用 力可以确定，则用动量守恒定律。力可以确定，则用动量守恒定律。2）当控制体内的各作用力难于确定，机械能耗）当控制体内的各作用力难于确定，机械能耗 损可以确定，则用机械能守恒定律。损可以确定，则用机械能守恒定律。3）最终要用试验来验证关系式。）最终要用试验来验证关系式。1.4 流体流动的内部结构1.4.1 流动的型态对于水平直管人们发现两种规律：雷诺实验表明存在两种流动类型(录像)判断依

20、据：雷诺数 ppphf 21fhupgzupgz 2222222111 uRed pu雷诺实验雷诺实验通过雷诺实验可见两种流型通过雷诺实验可见两种流型层流和湍流层流和湍流 层流：层间互不掺混（分子扩散）层流：层间互不掺混（分子扩散）,分层流动，分层流动，微团微团 不交换不交换湍流：微团随机脉动湍流：微团随机脉动 层间掺混（漩涡传递）层间掺混（漩涡传递）漩涡传递漩涡传递分子传递分子传递 几个数量级几个数量级流型的判据：雷诺数流型的判据：雷诺数Re 定义：定义：Re=du/无量纲的数群无量纲的数群 物理意义：惯性力物理意义：惯性力/黏性力黏性力 判据（对管流）：判据（对管流）：Re2000Re20

21、00，必定出现层流，为层流区；，必定出现层流，为层流区；2000Re40002000Re4000Re4000，一般为湍流，为湍流区。，一般为湍流，为湍流区。严格讲上述判据是稳定性的判据，严格讲上述判据是稳定性的判据，Re2000Re,水力光滑管,与Re有关,与/d无关,与Re、/d都有关,完全湍流粗糙管,与Re无关,与/d有关。同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管。查Re=3105,/d=0.0005时的=0.018查Re=104,/d=0.0001时的=0.03。1.5.3.2 1.5.3.2 直管阻力损失的统一表达式直管阻力损失的统一表达式 层流时：层流时：湍流时：湍流时：把把64/Re

22、64/Re代入就是泊谡叶方程，代入就是泊谡叶方程，22(Re,)fl uhdfd1218.71.742lg()Red64Re1.5.3.3 非圆形直管阻力损失 用当量直径de这里de仅用于 和速度u为实际平均速度，而1.5.4 局部阻力损失管件阀件处流道变化大，多发生边界层脱体,产生大量旋涡，消耗了机械能。录像 录像 录像局部阻力计算式工程上取 ，阻力系数 或 ，le当量长度实测的和le已成图表，供设计使用。注意:两种方法并不一致，都有近似；计算所取速度要看图表规定。阻力的单位有三种：损失压降 Pa=N/m2 损失能量 J/kg 损失压头 J/N=m 查截止阀全开,接管内径d=100mm时的当

23、量长度le查管道出口损失值工程计算(一)水平管输油在250kPa的压差下输送=800kg/m3,=0.1Pas的油品，管长l+le=10km,管内径d=300mm。求:流量为多少m3/s？解：画简图，从1至2排机械能守恒式 因较大，可先设Re q qV1V1）讨论：两种极端情况讨论：两种极端情况1 1）总管阻力可忽略，支管阻力为主；）总管阻力可忽略，支管阻力为主；支管支管A A阻力变化，对其他管影响不大；阻力变化，对其他管影响不大；城市供水，供气按该情况设计。城市供水，供气按该情况设计。2 2）总管阻力为主，支管阻力可忽略；）总管阻力为主，支管阻力可忽略；总管流量不随支管阻力的影响，仅改变支管

24、的流量总管流量不随支管阻力的影响，仅改变支管的流量 分配。分配。PAP2P1qV2qV1qV0ABO汇合管路汇合管路 阀门开度阀门开度，p po o，q qV1V1，q qV2V2下降（下降（q qV2V2 q qV1V1）阀门开度继续减小道某阀门开度继续减小道某 程度，程度，q qV2V20 0；阀门再减小，管路成分支管路；阀门再减小，管路成分支管路；阀门关闭，管路成联通器。阀门关闭，管路成联通器。P1P2P3qV2qV1qV3O设计型计算设计型计算已知条件：管长已知条件：管长L，管材，管材，管件，管件，需液点，需液点P P2 2，设计要求设计要求q qV V。求：最佳管径求：最佳管径d d

25、，供液点，供液点P P1 1。上述命题还少一个变量，通常需由设计者确定流速上述命题还少一个变量，通常需由设计者确定流速u u。在已知在已知q qV V的条件下，由于流速同时影响管径的条件下，由于流速同时影响管径d d（设（设备费用）和阻力损失（能耗，操作费用），因此必须备费用）和阻力损失（能耗，操作费用），因此必须确定一个经济流速。确定一个经济流速。表表1 13 3是常用流体的经济是常用流体的经济流速。流速。水及一般液体水及一般液体1 13m/s3m/s 气体气体 8,88,81515，151525m/s25m/s 易燃易燃 低压低压 高压高压u费用费用总费用总费用操作费用操作费用设备费用设备

26、费用1.6.2 1.6.2 简单管路计算简单管路计算层流状态下层流状态下 为显函数，可直接求解为显函数，可直接求解湍流状态下湍流状态下 为隐函数，常要试差求解为隐函数，常要试差求解 常可先设常可先设在阻力平方区，再根据计算所在阻力平方区，再根据计算所得得ReRe修正修正。Re64 1.6.2.1 1.6.2.1 串联管路计算串联管路计算方程特点：方程特点：hf总总=hf1+hf2+hf3 qV=qV1=qV2=qV3注意各段阻力计算的注意各段阻力计算的 u、l、d、的不同的不同1.6.2.2 1.6.2.2 复杂管路计算复杂管路计算 并联管路计算并联管路计算分流或合流时，有能量的损失和交换，有

27、时分流或合流时，有能量的损失和交换，有时00对于长管，三通处的阻力相对很小可忽略对于长管，三通处的阻力相对很小可忽略方程特点：方程特点：qV总总=qV1+qV2 注意注意hf不要重复计算不要重复计算21ffBAhhPP工程计算工程计算(一一)原有一长输油管路原有一长输油管路,直径直径d1=1m,流量为流量为qV1,现为了增加输油量的现为了增加输油量的50%,在原来的长管旁并接在原来的长管旁并接一根直径为一根直径为d2的长管。已知油在原管道中为层流。的长管。已知油在原管道中为层流。求：求：d2=?解：解：hf 1=hf 2,qV2qV1,则则 d2d1,u2u1,Re2P P2P P3 有三个式

28、子有三个式子 2151211018vqdl PP当当P P2 2=P P3 3时，相当于并联管路时，相当于并联管路 1.6.2.4 1.6.2.4 阻力控制问题阻力控制问题(瓶颈问题瓶颈问题)总管阻力为主时，增加分支，总管阻力为主时，增加分支，qV总总几乎不变。几乎不变。支管阻力为主时，增加分支，支管阻力为主时，增加分支，qV分支分支互不干扰。互不干扰。已知：已知：dB=dC,B=C,lClB,B=C探索：探索：如何均布如何均布?12 VVqq由由0 0点至两管口截面列机械能衡算式点至两管口截面列机械能衡算式当当B,C同时增加时，同时增加时，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm,lC=3m

29、,lB=1m,B=C=0.025当当B=C=0.17时，时，uB/uC=1.35当当B=C=25时，时，uB/uC=1.03,代价代价-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可压缩气体的管路计算可压缩气体的管路计算 特殊性：特殊性：为为p p的函数的函数机械能衡算式：机械能衡算式：简化：气体位能很小，可忽略；简化：气体位能很小，可忽略；等温流动或温差不大。等温流动或温差不大。沿直管不变，沿直管不变，也不变也不变得得 m m为为pm=(p1+p2)/2下的密度下的密度工程计算工程计算(三三)用用d=300mm,l=90km的管道输送的管道输送5000kg/h的的煤气，该煤气在标准态下密度煤气

30、，该煤气在标准态下密度0=0.62kg/m3，管，管道道=0.016，管中煤气温度恒定在，管中煤气温度恒定在18,起点压起点压强强600kPa(绝绝)。求：管道末端煤气压强为多少求：管道末端煤气压强为多少kPa(绝绝)？解：解：质量流速质量流速skg/m7.193.0785.03600/500022 AqGm3.1012291)600(27362.02000 pTppTmm )600(00287.02p 212221ln2)(ppGGdlppm )600(1000287.02223p 222600ln7.197.193.0290000016.0p 迭代求得迭代求得 p2=188kPa(绝绝)管

31、管2 2的流向看的流向看P P2 2与与P P0 0大小大小 ,进进0 0点为正，出点为正，出0 0点为负点为负 310iViq05208)(PPPP iiiiiVildq iiViBq)(0PP 00iiiViBBqPPiiiBBPP0当当P P2 2=P P3 3时，相当于并联管路时，相当于并联管路 1.6.2.4 1.6.2.4 阻力控制问题阻力控制问题(瓶颈问题瓶颈问题)总管阻力为主时，增加分支，总管阻力为主时，增加分支，qV总总几乎不变。几乎不变。支管阻力为主时，增加分支，支管阻力为主时，增加分支，qV分支分支互不干扰。互不干扰。流体均布问题流体均布问题已知：已知：dB=dC,B=C

32、,lClB,B=C探索：探索：如何均布如何均布?12 VVqq由由0 0点至两管口截面列机械能衡算式点至两管口截面列机械能衡算式当当B,C同时增加时，同时增加时，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm,lC=3m,lB=1m,B=C=0.025当当B=C=0.17时，时，uB/uC=1.35当当B=C=25时，时，uB/uC=1.03,代价代价-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可压缩气体的管路计算可压缩气体的管路计算 特殊性：特殊性：为为p p的函数的函数机械能衡算式：机械能衡算式：简化：气体位能很小，可忽略；简化：气体位能很小，可忽略；等温流动或温差不大。等温流动或温差不大。沿直

33、管不变，沿直管不变，也不变也不变得得 m m为为pm=(p1+p2)/2下的密度下的密度工程计算工程计算(三三)用用d=300mm,l=90km的管道输送的管道输送5000kg/h的的煤气，该煤气在标准态下密度煤气，该煤气在标准态下密度0=0.62kg/m3，管，管道道=0.016，管中煤气温度恒定在，管中煤气温度恒定在18,起点压起点压强强600kPa(绝绝)。求：管道末端煤气压强为多少求：管道末端煤气压强为多少kPa(绝绝)？解：解：质量流速质量流速skg/m7.193.0785.03600/500022 AqGm3.1012291)600(27362.02000 pTppTmm )600

34、(00287.02p 212221ln2)(ppGGdlppm )600(1000287.02223p 222600ln7.197.193.0290000016.0p 迭代求得迭代求得 p2=188kPa(绝绝)本次讲课习题：本次讲课习题：第一章第一章 27，28,29,30,311.7 1.7 流速和流量的测量流速和流量的测量1.7.1 1.7.1 皮托管皮托管 沿流线从沿流线从1至至2排排 柏努利方程柏努利方程 u2=0 根据根据h1,h2的指示可算出点速度的指示可算出点速度 22222211upup 一般皮托管测定的管中心的最大速度。一般皮托管测定的管中心的最大速度。安装要求：安装要求：

35、1 1）安置在速度稳定段，前后要有）安置在速度稳定段，前后要有12d12d以上以上 的直管距离；的直管距离；2 2）皮托管的管口垂直流动方向；）皮托管的管口垂直流动方向；3 3）皮托管直径小于管径的）皮托管直径小于管径的1/501/50。1.7.2 1.7.2 孔板流量计孔板流量计分析处理方法：分析处理方法：(1)(1)先作先作=0处理处理(2)(2)再考虑再考虑的影响的影响由由1至至2截面作能量衡算截面作能量衡算质量守恒质量守恒 A1u1=A2u2整理后整理后22222211uu PP(3)(3)考虑考虑的影响的影响；A2难以实测，用难以实测，用A0计计 流量系数流量系数C0的数值只能由实验

36、测得。的数值只能由实验测得。C0取决于雷诺数取决于雷诺数Red，面积比，面积比m，测压方式，孔口，测压方式，孔口形状，加工光洁度，孔板厚度等。对于标准的孔板形状，加工光洁度，孔板厚度等。对于标准的孔板和角接测量。和角接测量。C0f（Red，m）见图见图152，Red是以管径计算的雷诺数。是以管径计算的雷诺数。孔板流量计应安装在水平直管中，前后分布要有孔板流量计应安装在水平直管中，前后分布要有1540d和和5d的直管。的直管。从图从图151可见，孔板流量计的阻力损失很大。可见，孔板流量计的阻力损失很大。孔板的孔径要合适，孔板的孔径要合适，d0，h hf f，RR；d0，h hf f，RR。所以要

37、选择合适的面积比所以要选择合适的面积比m。C0=f(Red,m),m=A0/A1文丘里流量计文丘里流量计孔板特点：结构简单，阻力损失较大孔板特点：结构简单，阻力损失较大(录像录像)文丘里特点：阻力损失较小，造价较高文丘里特点：阻力损失较小，造价较高(录像录像)工程计算工程计算(一一)标准孔板标准孔板已知：孔径已知：孔径d0,管径管径d1,物性物性,i，读数，读数R求：流量求：流量qV解：解：210)(ddm 1.7.3 1.7.3 转子流量计转子流量计转子力平衡：转子力平衡：(p1-p2)Af=Vf f g由由1-2能量守恒式：能量守恒式：重力重力 =浮力浮力 +动压差力动压差力 222022

38、2111ugzpugzp 22)()(21201221uuAgzzAAppfff2120210uAAAgVgVffff 转子流量计的特点：恒流速、恒压差转子流量计的特点：恒流速、恒压差刻度换算：刻度换算：出厂标准：出厂标准：液体液体 气体气体 fffAgVAAu)(2)/(112100 fffRVAgVCAuAq)(2000 )()(AfBBfAVAVBqq 3kg/m1000 3kg/m2.1 若改变转子材料，刻度也要换算若改变转子材料，刻度也要换算1122fVVfqq工程计算工程计算(三三)刻度换算刻度换算 用转子流量计计量乙醇流量，已知：用转子流量计计量乙醇流量，已知：，测量范围内，测量

39、范围内CR为常为常数，现读数为数，现读数为5 m3/h，实际流量为多少？，实际流量为多少？解：出厂标定解：出厂标定 3kg/m3000 f 3kg/m800 乙乙醇醇 3kg/m1000 )()(标标实实实实标标读读实实 ffVVqq)10003000(800)8003000(10005 /hm86.53 流量计比较流量计比较 皮托管：测得点速度，流量须计算皮托管：测得点速度，流量须计算 孔板流量计：测得锐孔平均速度，孔板流量计：测得锐孔平均速度，A0恒定恒定,u0变化变化,p变化变化,不易阻塞不易阻塞 转子流量计：测得的流量读数需换算转子流量计：测得的流量读数需换算 p恒定恒定,u0恒定恒定

40、,A0变化变化,易阻塞易阻塞 其它流量计介绍其它流量计介绍 弯管流量计弯管流量计 阻力流量计阻力流量计 狭缝流量计狭缝流量计 旋涡流量计旋涡流量计 1.8 1.8 非牛顿流体的流动非牛顿流体的流动1.8.1 1.8.1 非牛顿流体的基本特性非牛顿流体的基本特性本构方程本构方程 du/dy关系关系表观表观黏度黏度 yufyuddd/d 剪切稀化现象剪切稀化现象(录像录像)增加增加,降低降低幂律流体幂律流体塑性流体塑性流体(录像录像)具有屈服应力具有屈服应力y黏弹性流体黏弹性流体 现象：爬杆效应现象：爬杆效应(录像录像)，挤出胀大挤出胀大(录像录像)，无管虹吸，无管虹吸(录像录像)依时性依时性时间

41、增加，时间增加，变化变化(录像录像)nyuK dd yuddnyyuK dd 1.8.2 1.8.2 非牛顿流体的层流流动非牛顿流体的层流流动阻力损失阻力损失圆管中幂律流体流动圆管中幂律流体流动层流层流范宁摩擦因子范宁摩擦因子242udlfhf PnnVKldnnq/1/132213 PMRRef16 128431 nnnnMRnnKudRe 1.81.8.3 3 非牛顿流体的湍流流动与减阻现象非牛顿流体的湍流流动与减阻现象湍流湍流湍流减阻现象湍流减阻现象 2.12/175.04.0log41nfRenfnMR 本次讲课习题：本次讲课习题：第一章第一章 32，33，34，35，36孔板孔板 返回返回文丘里文丘里 返回返回剪切稀化剪切稀化 返回返回塑性流体塑性流体 返回返回爬杆效应爬杆效应 返回返回挤出胀大挤出胀大 返回返回无管虹吸无管虹吸 返回返回依时性依时性 返回返回