化工原理第一章流体流动课件1.ppt

1、第一章 流体流动1了解流体运动规律的重要性：了解流体运动规律的重要性：化工过程的物料形式注意是流体形式，如气体、化工过程的物料形式注意是流体形式，如气体、液体、气固混合物、液固混合物等。液体、气固混合物、液固混合物等。1 1）流体阻力与流量计量）流体阻力与流量计量 涉及到管路设计，流体输送机械选择等。涉及到管路设计，流体输送机械选择等。2 2）流动对传热、传质、反应的影响）流动对传热、传质、反应的影响 涉及到这些过程的设计和操作。涉及到这些过程的设计和操作。3 3）流体的混合）流体的混合 设计到混合效果对过程的影响。设计到混合效果对过程的影响。21.1 1.1 概述概述1.1.1 1.1.1

2、流体流动的考察方法流体流动的考察方法 （对传递过程导论的复习）（对传递过程导论的复习）连续性假定连续性假定把流体可看成由质点组成的连续介把流体可看成由质点组成的连续介 质，可用连续函数来处理流体流动规律（高度真空质，可用连续函数来处理流体流动规律（高度真空 气体例外）气体例外）。a.a.流体质点连续，充满整个空间；流体质点连续，充满整个空间；b.b.参数连续。参数连续。质点（微团）质点（微团）有一定的体积和质量，比分子自有一定的体积和质量，比分子自 由程大得多，比设备小得多。由程大得多，比设备小得多。拉格朗日法拉格朗日法选定一选定一流体质点流体质点，跟踪其运动，考，跟踪其运动，考 察流体质点随

3、时间变化的规律。察流体质点随时间变化的规律。轨线轨线欧拉法欧拉法在固定的在固定的空间点空间点上，考察流体通过每一上，考察流体通过每一 空间点时，运动参数随时间的变化规律空间点时，运动参数随时间的变化规律流线流线3定态流动定态流动流动参数仅随空间变化，而与时间无关。流动参数仅随空间变化，而与时间无关。流线与轨线流线与轨线 轨线是质点运动的轨迹，是拉格朗日法考察的结果；轨线是质点运动的轨迹，是拉格朗日法考察的结果；流线是线上各点的切线为同一时刻各点的速度方向，流线是线上各点的切线为同一时刻各点的速度方向，是欧拉法考察的结果。是欧拉法考察的结果。定态流体两线重合。定态流体两线重合。系统和控制体系统和

4、控制体 系统（封闭系统）为众多流体质点的集合，是用拉格系统（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；朗日法考察流体；控制体为某固定空间（化工设备），是用欧拉法考察控制体为某固定空间（化工设备），是用欧拉法考察流体。流体。本门课程通常用欧拉法。本门课程通常用欧拉法。41.1.2 1.1.2 流体流动中的作用力流体流动中的作用力体积力体积力与流体的质量成正比。与流体的质量成正比。重力和离心力是典型的体积力。重力和离心力是典型的体积力。表面力表面力与表面积成正比。又分两种：与表面积成正比。又分两种：压力垂直于表面的力，压强单位面积的压力；压力垂直于表面的力，压强单位面积的压力；剪力平

5、行于表面的力，剪应力单位面积的剪力。剪力平行于表面的力，剪应力单位面积的剪力。压强的单位压强的单位N/mN/m2 2，又称，又称PaPa。常用。常用MPaMPa。但压强还有其他单位的形式：但压强还有其他单位的形式：如大气压，如大气压，mmHgmmHg，kgkg（f f）/cm/cm2 2等等。剪应力剪应力对大部分流体剪应力服从对大部分流体剪应力服从牛顿黏性定律牛顿黏性定律：dudy5牛顿黏性定律：（适用层流）牛顿黏性定律：（适用层流）剪应力剪应力N/mN/m2 2（PaPa）粘度粘度N N s/ms/m2 2（PaPa s s）du/dydu/dy法向速度梯度，法向速度梯度，s s-1-1 这

6、里速度梯度实际是角变形速率这里速度梯度实际是角变形速率黏度是流体的物性，是分子运动的一种宏观表现。黏度是流体的物性，是分子运动的一种宏观表现。黏度是温度和压强的函数（压强不高，可以忽略）黏度是温度和压强的函数（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）对气体，温度升高，黏度上升（热运动为主）dudydudtddudydtdyF Fdydudtdd6说明：说明：（1 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

7、体表面的摩擦力）（2 2）当流体静止时）当流体静止时du/dy=0,=0du/dy=0,=0；（3 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 0。黏度的单位较早的手册常用泊（达因黏度的单位较早的手册常用泊（达因 秒秒/厘米厘米2 2）或厘泊）或厘泊 1cP1cP（厘泊）（厘泊）0.001 Pas0.001 Pas（水的黏度（水的黏度1cP1cP，2020度）度）有时也用有时也用 /，称运动黏度，单位，称运动黏度，单位mm2 2/s/s。黏度黏度 又称动力黏度。又称动力黏度。1.1.3 1.1.

8、3 流体流动中的机械能流体流动中的机械能 固体运动的机械能有：位能、动能。固体运动的机械能有：位能、动能。流体运动的机械能有：位能、动能、静压能（压强能）流体运动的机械能有：位能、动能、静压能（压强能）流体黏性造成的剪力要消耗机械能。流体黏性造成的剪力要消耗机械能。7 1.2 1.2 流体静力学流体静力学1.2.1 1.2.1 静压强在空间的分布静压强在空间的分布静压强在静止流体中，某点各方向的压强相等。其分静压强在静止流体中，某点各方向的压强相等。其分布可表达为：布可表达为：P Pf f（x,y,zx,y,z）对流体微元的力平衡分析得：对流体微元的力平衡分析得：在重力场中在重力场中静止流体中

9、不同高度压强间的关系（静力学基本方程）静止流体中不同高度压强间的关系（静力学基本方程）pXdx YdyZdzpgzconst21ppgh8讨论：讨论：p p2 2=p=p1 1+g h+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 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 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 p 则则p=pp=p0 0+g h+g h 当当p p1 1有变化时，有变化时，p p2 2也发生同样大小的变化。也发生同样大小的变化。p p还与还与，h h有关有关 pp

10、 h hp p 等压面等压面在静止的、连续的、同一流体内，处于同在静止的、连续的、同一流体内，处于同 一水平面上各点的压强相等。一水平面上各点的压强相等。91.2.2 1.2.2 压强能与位能压强能与位能 总势能总势能称称P/P/为总势能为总势能 ，即静止流体各点的总势能相同。，即静止流体各点的总势能相同。又称又称P P为虚拟压强，对不可压缩流体，虚拟压强处处相为虚拟压强，对不可压缩流体，虚拟压强处处相等等1.2.3 1.2.3 压强的其他表示方法压强的其他表示方法 各种压强单位：各种压强单位：1atm=1.0331atm=1.033（f f）/cm/cm2 2(at)=760mmHg(at)

11、=760mmHg =10.33mH =10.33mH2 2O=1.0133O=1.013310105 5 Pa=1.0133bar Pa=1.0133bar 1at=1 1at=1（f f）/cm/cm2 2=735.6mmHg=10mH=735.6mmHg=10mH2 2O O =9.81 =9.8110104 4 Pa Pa pgzconstPpgzPgz+p10压强的基准压强的基准绝对压绝对压以绝对零压为基准，是流体的真实压强；以绝对零压为基准，是流体的真实压强；表压、真空度表压、真空度以当时当地的大气压为基准以当时当地的大气压为基准。表压表压=绝对压绝对压大气压大气压 真空度真空度=大

12、气压大气压表压表压 数值上：表压数值上：表压=-=-真空度真空度p1表压绝对压绝对压真空度绝对真空当时当地大气压11 1.2.4 1.2.4 压强的静力学测量方法压强的静力学测量方法1 1）简单测压管（图）简单测压管（图1-71-7）p pA A=p=pa a+g R+g R 适用于适用于（1 1）高于大气压的压强的测定高于大气压的压强的测定 （2 2）只适用于液体，不适用于气体）只适用于液体，不适用于气体 （3 3）如）如p pA A过大，则过大，则R R将很大；将很大；如如p pA A过小，则过小，则R R将很小，测量误差增大。将很小，测量误差增大。2 2）U U型测压管（图型测压管（图1

13、-81-8）U U型管中放有某种液体型管中放有某种液体指示液指示液 （与被测流体不发生化学反应，且不互溶）（与被测流体不发生化学反应，且不互溶）p p1 1=p=pA A+g h+g h1 1 p p2 2=p=pa a+i i g Rg R 通过等压面通过等压面 p pA A p pa a=i i g Rg h g Rg h1 1 如被测流体为气体，即如被测流体为气体，即 分子传递分子传递 几个数量级几个数量级30流型的判据：雷诺数流型的判据：雷诺数ReRe 定义：定义：Re=duRe=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

14、流）：Re2000Re2000，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，Re2000Re2000时，干扰时，干扰出现流动偏离层流，干扰消失，又恢复为层流。层流是出现流动偏离层流，干扰消失，又恢复为层流。层流是稳定的。稳定的。定态性指运动参数与时间的关系；定态性指运动参数与时间的关系；稳定性指系统对外界干扰的反应。稳定性指系统对外界干扰的反应。311.4.2 1.4.2 湍流的基本特征湍流的基本特征 湍流的基本特征湍流的基本特征

15、流体质点在总体上作轴向运动流体质点在总体上作轴向运动的同时，还作径向的随机脉动。的同时，还作径向的随机脉动。瞬时流速瞬时流速u ux x时均速度时均速度脉动速度脉动速度实际的湍流流动是在时均流动上叠加一个随机脉动。实际的湍流流动是在时均流动上叠加一个随机脉动。01Txxuu dtTxxxyyyzzzuuuuuuuuuuxtTxuxu32湍流的另一种描述湍流的另一种描述把湍流看作一个主体流动上叠加把湍流看作一个主体流动上叠加各种不同尺度、强弱不等的漩涡。各种不同尺度、强弱不等的漩涡。湍流强度：湍流强度：其数值与旋涡的旋转速度和包含的机械能有关。其数值与旋涡的旋转速度和包含的机械能有关。无障碍的湍

16、流场，湍流强度为无障碍的湍流场，湍流强度为0.5%2%0.5%2%；有障碍的湍流场，湍流强度为有障碍的湍流场，湍流强度为5%10%5%10%。两点脉动速度的相关系数：两点脉动速度的相关系数：R R0 01 1湍流尺度：湍流尺度：ReRe增大，湍流尺度减小；因此要打碎液滴，需高增大，湍流尺度减小；因此要打碎液滴，需高ReRe。22 or xxxxuIuIu122212xxxxu uRu u0lRdy33湍流黏度：湍流黏度：湍流时牛顿型流体不再符合牛顿黏性定律，需对方湍流时牛顿型流体不再符合牛顿黏性定律，需对方程进行修正。式中的程进行修正。式中的 称为湍流黏度。它反映了速度称为湍流黏度。它反映了速

17、度脉动对动量传递的影响。它不是流体的物性。脉动对动量传递的影响。它不是流体的物性。1.4.3 1.4.3 边界层及边界层脱体边界层及边界层脱体边界层：由于壁面的作用，近壁面处存在速度梯度。边界层：由于壁面的作用，近壁面处存在速度梯度。通常定义通常定义流速降为未受边壁影响流速（来流）的流速降为未受边壁影响流速（来流）的9999以内的区域未边界层。以内的区域未边界层。边界层内有速度梯度，需考虑黏度的影响；边界层内有速度梯度，需考虑黏度的影响；边界层外速度梯度可以忽略，无需考虑黏度影响。边界层外速度梯度可以忽略，无需考虑黏度影响。()xdudy34 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重

18、损害的，全身性疾病，而且不少患者同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如下：1、早期皮肌炎患者，还往往伴有全身不适症状，如-全身肌肉酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉两腿费力；举手梳理头发时，举高手臂很吃力；抬头转头缓慢而费力。皮肌炎图片皮肌炎的症状表现边界层中的流型也有层流与湍流之分。边界层中的流型也有层流与湍流之分。判据仍为雷诺数判据仍为雷诺数 对于管流，在入口一段距对于管流，在入口一段距离后，边界层在管中心汇离后，边界层在管中心汇合。汇合时为层流，以后合。汇合时为层流，以后仍为层流；汇合时为湍流，仍为层流；汇合时为湍流，以后仍为湍流。以后仍为湍流。入口端距离约为管径的入口端距离约为管径的4040倍。

19、倍。层流内层层流内层即使在高度湍流（大即使在高度湍流（大ReRe），近壁面处仍），近壁面处仍 有一簿层保持着层流。有一簿层保持着层流。xdudyU0U0U0 xc层流区 过渡区湍流区层流内层平板上的边界层50Re(5 10)u x临界值通常取36边界层分离现象边界层分离现象 1 1）流道扩大必造成逆压强）流道扩大必造成逆压强 梯度；梯度；2 2）逆压强梯度容易造成边）逆压强梯度容易造成边 界层分离；界层分离；3 3）边界层分类造成大量旋涡，）边界层分类造成大量旋涡，大大增加机械能消耗。大大增加机械能消耗。371.4.4 1.4.4 圆管内流体运动的数学描述圆管内流体运动的数学描述化工工程问题的

20、一般处理方法：化工工程问题的一般处理方法：过程分析：寻找过程特征过程分析：寻找过程特征数学描述：建立平衡方程与过程的特征方程数学描述：建立平衡方程与过程的特征方程联立求解：解析求解，实验求解联立求解：解析求解，实验求解结果分析：分析求解结果对工程的指导意义结果分析：分析求解结果对工程的指导意义l2rRp2p1Fg38流体的力平衡和剪应力分布流体的力平衡和剪应力分布该式对层流与湍流都适用。该式对层流与湍流都适用。212212()sin2002pgpgFpprFrlgFrlFFFFrl 压强力：重力：剪力：由牛顿第二定律：匀速运动PPRr122RlPP39层流时的速度分布层流时的速度分布12221

21、2212max2max212max2()4(0)4()011 228rldudruRrlruuRlrRuruuRuuRl 力平衡方程：层流特征方程：联立积分：管中心处：管壁处：速度分布：层流时点速度沿管径的分布为抛物线(图129）积分后，。PPPPPPPP40湍流的速度分布湍流的速度分布1maxmaxmax2(1)(Re)1/6 1/10n1/7,0.8nrldudruruuRnfnuu 力平衡方程：湍流特征方程：（）由于 的复杂性，由实验测定湍流时的点速度分布管中心点速度最大：各点速度：，通常 该公式又称七分之一律公式。一般在发达的湍流情况下：比层流更接近于管中心速度。经积分1。2PP411

22、.5 1.5 阻力损失阻力损失1.5.1 1.5.1 两种阻力损失两种阻力损失 化工管理主要由直管和管件组成，相应地称：化工管理主要由直管和管件组成，相应地称：直管阻力损失（沿程阻力损失）和局部阻力损失。由直管阻力损失（沿程阻力损失）和局部阻力损失。由均匀直管机的械能衡算式可知均匀直管机的械能衡算式可知阻力损失表现为势能的降低，水平管道是压强的降低阻力损失表现为势能的降低，水平管道是压强的降低。层流时直管阻力损失层流时直管阻力损失 层流的势能损失可由（层流的势能损失可由（1 16868）求出：）求出：写出阻力损失为：写出阻力损失为：又称又称泊谡叶方程泊谡叶方程 fh121212()()ppzg

23、z gPP232dluhf232dluP421.5.2 1.5.2 湍流时直管阻力损失湍流时直管阻力损失 湍流的情况复杂，没有理论推导式；但可以由实验湍流的情况复杂，没有理论推导式；但可以由实验得到经验式。得到经验式。实验研究的步骤：实验研究的步骤：1 1）析因实验）析因实验寻找影响因素寻找影响因素 h hf f=f(d,L,u,=f(d,L,u,)2 2）规划实验）规划实验减少实验次数减少实验次数 量纲分析法（无因次数群间的关系）量纲分析法（无因次数群间的关系）h hf f/u/u2 2=f(du=f(du/、L/dL/d、/d)/d)好处改变好处改变ReRe只要改变只要改变u u，改变，改

24、变L/dL/d只要改变只要改变L L。3 3）数据处理）数据处理求取公式参数求取公式参数 h hf f/u/u2 2=L/d=L/d (du(du/、/d)/d)431.5.3 1.5.3 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/Re64/Re代入就是泊谡叶方程，上述两个公式绘成代入就是泊谡叶方程，上述两个公式绘成图为图图为图1 13232。可见：可见：Re2000,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

25、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。PAP2P1qV2qV1qV0ABO49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。P1P

26、2P3qV2qV1qV3O501.6.2 1.6.2 管路计算管路计算简单管路计算简单管路计算（如图（如图1 13838）过程数学模型过程数学模型过程变量过程变量 物性变量：物性变量：、（当输送流体确定，为已知）（当输送流体确定，为已知）设备变量：设备变量：d d、L L、操作变量：操作变量：u u、q qV V、P P1 1、P P2 29 9个参数，个参数，3 3个方程，因此需要已知个方程，因此需要已知6 6个参数，即可解出个参数，即可解出其余其余3 3个参数。个参数。2212124()()()2(,)Vqd upplugzgzddud 51设计型计算设计型计算已知条件：管长已知条件：管长

27、L 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，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 8,8交点

28、的阻力，忽略交点的阻力。交点的阻力，忽略交点的阻力。并联管路的计算并联管路的计算 单位质量流体由单位质量流体由A A流到流到B B，有，有 h hf1f1 h hf2f2 h hf3f3 h hf f 若不考虑交点的阻力损失若不考虑交点的阻力损失 22iifiiil uhdAB5553121231 12 23 3:VVVdddqqqlll541.6.3 1.6.3 可压缩流体的管路计算可压缩流体的管路计算若是等温过程，式中若是等温过程，式中 若是多变过程，式中若是多变过程，式中将上式写成微分形式将上式写成微分形式式中式中 （MM为气体的摩尔质量）为气体的摩尔质量）1222121222pfpuu

29、dpgzgzh1211 121ln (pppdppp其中）121 122()1ppdpkppk 22022udL ugdzddpd1 RTMp55雷诺数雷诺数将上式微分形式各项除整理得将上式微分形式各项除整理得考虑到气体密度很小，位能项与其他各项相比小得多，可将项忽考虑到气体密度很小，位能项与其他各项相比小得多，可将项忽略，并积分上式略，并积分上式对于等温过程上式为对于等温过程上式为对于多变过程上式为对于多变过程上式为RedudGGuG22202gdzddpdlGGd212221ln02ppdpLGGd222212121 1ln022pppLGGppd122112211ln1012kkpppG

30、kLGkpkpd 56用平均压强用平均压强 下的密度为下的密度为 mm，代入等温式得，代入等温式得如上式右边第二项（动能项）可以忽略，上式即不可压缩流体如上式右边第二项（动能项）可以忽略，上式即不可压缩流体的水平管计算式。的水平管计算式。当当右边第二项约占第一项的右边第二项约占第一项的1 1，可忽略按不可压缩流体计算。，可忽略按不可压缩流体计算。对于对于高压气体高压气体输送，压强变化的百分比较小，可作不可压缩流输送，压强变化的百分比较小，可作不可压缩流体；体；低压或负压流体低压或负压流体，压强变化的百分比较大，往往必须考虑，压强变化的百分比较大，往往必须考虑其可压缩性。其可压缩性。221ppp

31、m212221ln2ppGGdlppmmm1000,1.0ln%,1021221dlppppp若即571.7 1.7 流速和流量的测定流速和流量的测定 本节介绍的是以基本物理定律为基础的测量原理本节介绍的是以基本物理定律为基础的测量原理1.7.1 1.7.1 皮托管皮托管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：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。2

32、2AABABpupgzgzAB2()2()iBAARgPPu581.7.2 1.7.2 孔板流量计孔板流量计工作原理：工作原理：在在1 12 2截面立柏努利方程截面立柏努利方程由于阻力，缩脉，测量等因素引入系数由于阻力，缩脉，测量等因素引入系数C C。22112212221221222()pupugzgzPPuu122212012()PPuuC59按质量守恒按质量守恒011001011212021000 ()2()1 12()2()iiiiVAu Au Amumu CARggRCumCCmgRuCgRqC A令又令PP60流量系数流量系数C C0 0的数值只能由实验测得。的数值只能由实验测得。

33、C C0 0取决于雷诺数取决于雷诺数ReRed d，面积比，面积比mm，测压方式，空口形状，加工光洁度，测压方式，空口形状，加工光洁度，孔板厚度等。对于标准的孔板和角接测量。孔板厚度等。对于标准的孔板和角接测量。C C0 0f f（ReRed d，mm）见图见图1 15252，ReRed d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151540d40d和和5d5d的直管。的直管。从图从图1 15151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，d d0

34、0，h hf f，RR；d d0 0，h hf f，RR。所以要选择合适的面积比所以要选择合适的面积比mm。61文丘里流量计文丘里流量计 孔板流量计的阻力损失主要是突然缩小和突然扩大，孔板流量计的阻力损失主要是突然缩小和突然扩大，针对该状况，改进为渐缩渐扩管，即文丘里流量计。阻力针对该状况，改进为渐缩渐扩管，即文丘里流量计。阻力一般为孔板流量计的一般为孔板流量计的1/41/4。但文丘里流量计价格昂贵（相。但文丘里流量计价格昂贵（相对于孔板流量计），比较适合气体的流量测量。对于孔板流量计），比较适合气体的流量测量。见图见图1 15353。1.7.3 1.7.3 转子流量计转子流量计 工作原理：工

35、作原理：在有锥度的玻璃管内，放置一个浮子，在有锥度的玻璃管内，放置一个浮子，管内无流体通过，浮子沉于管底。当管内无流体通过，浮子沉于管底。当 有流体通过，浮子在压差的作用下浮有流体通过，浮子在压差的作用下浮 在管中，流量越大，浮起的位置越高。在管中，流量越大，浮起的位置越高。62转子流量计的计算转子流量计的计算1222011221010102010()(1)1 2()()2212()2()11(/)2()fffffffRffffVRfppAVguuppzzgAuuAVgVguCAAAAVgqC AA根据机械能衡算根据物料衡算代入（）,得63C CR R是校正系数，包含转子形状，流动阻力，是校正

36、系数，包含转子形状，流动阻力，Re Re 等因素。等因素。见图见图1 15656。转子流量计的特点转子流量计的特点 孔板流量计的特点孔板流量计的特点恒流速，恒压差，变截面；恒流速，恒压差，变截面；变流速，变压差，恒截面变流速，变压差，恒截面转子流量计的刻度换算转子流量计的刻度换算转子流量计在出厂以转子流量计在出厂以2020度水或度水或2020度、度、101.3kPa101.3kPa空气标空气标定，如测量流体改变，在测量范围定，如测量流体改变，在测量范围C CR R不变，则有不变，则有若改变转子材料，刻度也要换算若改变转子材料，刻度也要换算,()()or ()()AfBBfBV Bm BV AB

37、fAm AAfAqqqq 1122fVVfqq64 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 基本特征基本特征定态流动的黏度定态流动的黏度 /(du/dy)=f(du/dy)/(du/dy)=f(du/dy)依时性依时性 黏度随时间变化，在一定的黏度随时间变化，在一定的 作用足够长时间，黏度定态平衡作用足够长时间，黏度定态平衡值。称为触变性，如原珠笔油、涂料等，涂写方便，静值。称为触变性，如原珠笔油、涂料等，涂写方便，静止不流。止不流。黏弹性黏弹性 爬杆现象、挤出涨大、无管虹吸。爬杆现象、挤出涨大、无管虹吸。主要为高分子溶液或熔体主要为高分子溶液或熔体65 1.8

38、.2 1.8.2 非牛顿流体的层流流动非牛顿流体的层流流动本构方程（幂律型式）本构方程（幂律型式）前者前者n1 n1n1适用于涨塑性流体；适用于涨塑性流体；后者适用于宾汉流体（塑性流体的一种），后者适用于宾汉流体（塑性流体的一种），y y称屈服称屈服应力，应力，K K称宾汉黏度。牛顿流体即称宾汉黏度。牛顿流体即n n1 1。幂律流体管内层流流动时的阻力损失幂律流体管内层流流动时的阻力损失将本构方程代替牛顿黏性定律，可得将本构方程代替牛顿黏性定律，可得管内平均流速与最大流速之比为管内平均流速与最大流速之比为y =nduduKKdydy nnnvKldnnq1132213 Pnnuu311max6

39、6仿照牛顿流体，将管内流动阻力表示为：仿照牛顿流体，将管内流动阻力表示为：其中其中f f称为范宁摩擦系数，即称为范宁摩擦系数，即 /4,/4,它与雷诺数有关。层流时它与雷诺数有关。层流时 （1 1）式中式中ReReMRMR称为非牛顿流体的广义雷诺数。称为非牛顿流体的广义雷诺数。1.8.3 1.8.3 非牛顿流体的湍流流动和减阻现象非牛顿流体的湍流流动和减阻现象幂律流体管内湍流的流动阻力幂律流体管内湍流的流动阻力幂律流体在光滑管作湍流的范宁摩擦因子幂律流体在光滑管作湍流的范宁摩擦因子 （2 2）ReReMRMR2100240029002900到到3600036000用式（用式（2 2）242udlfPhf128431Re,Re16 nnnnMRMRnnKudf2.12275.04.0)lg(Re0.41nfnfnMR67减阻现象减阻现象 在水或有机液中加入微量高分子物而成为稀溶液时，可明在水或有机液中加入微量高分子物而成为稀溶液时，可明显降低湍流的阻力，此现象称为减阻现象。显降低湍流的阻力，此现象称为减阻现象。减阻效果减阻效果DRDR为为减阻效果与管径、高分子种类、浓度有关。减阻效果与管径、高分子种类、浓度有关。ssffPPDR1168