页数：48页文件大小：281.1 KB来源： 化工原理ppt课件
本课件讲解流动体系的分类、流率与平均流速、流动型态与雷诺数，以及总质量衡算与总能量衡算方程。内容按1.3.1 流动体系的分类、1.3.2 流率与平均流速等小节展开，配合图示、公式推导与例题说明相关参数的确定方法。
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一、定态与非定态流动流体流速或其它物理量仅随位置变化而不随时间变化，即流体流速或其它物理量不仅随位置变化而且随时间变化，即定态流动非定态流动
若物理量只依赖于一个曲线坐标，则称此流动为一维流动；依赖于两个曲线坐标称为二维流动；依赖于三个曲线坐标则称为三维流动。应予指出,过程工业中的流体输送因多在封闭管道内进行，故其流动以一维居多。二、一维与多维流动
三、绕流与封闭管道内的流动流体流动问题流体的绕流流动在封闭管道内的流动
绕流流动流体绕过一个浸没的物体流过，故也称为外部流动。例如细颗粒物在大量流体中的沉降、填充床内的流动等。封闭管道内的流动被输送的流体在管路中的流动。研究流体在管路中的流动规律是本章的重要内容。三、绕流与封闭管道内的流动
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一、流量单位时间内流过任一流通截面的流体体积称为体积流率(volumeflowrate)，习惯上亦称之为体积流量。
一、流量流量的表示方法：体积流量，以qv,s表示，单位为m3/s。质量流量，以qv,s表示，单位为kg/s。体积流量与质量流量的关系为
二、平均流速流速是空间位置的函数，我们称之为流体的点速度。例如当流体流经一段管路时，由于流体存在黏性，使得管截面上各点的速度不同。从而由壁面至管中心建立起一个速度分布。在工程计算时，通常采用平均速度来代替这一速度分布。
平均速度平均速度(bulkvelocity)系指体积流量与流通截面积之比，以u表示，其单位为m/s。二、平均流速
二、平均流速管径、体积流量和之间关系管路直径以d表示内径，则有管内流速（1-24）（1-25）
二、平均流速选择平均流速：流速选择过高，管径虽可以减小，但流体流经管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之增加；流速选择过低，操作费用减小，但管径增大，管路的投资费用随之增加。适宜的流速需根据经济权衡决定。表1-1 列出了一些流体在管道中流动时流速的常用范围。
例1-7 提示管径的选择管子规格壁厚外径附录十七附录十八二、平均流速
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一、雷诺实验图1-9 雷诺实验
图1-10 两种流动型态层流（laminarflow）或滞流（viscousflow）湍流或紊流(turbulentflow)一、雷诺实验
反映流体流动状态的量纲为一数群。二、雷诺数（Reynoldsnumber）雷诺数（Reynolds number）黏度流速密度直径
对于流体在直管内的流动：当Re≤2000时属于层流；当Re＞4000时属湍流；当Re=2000～4000之间时，属不稳定的过渡流。工程上Re＞3000时按照湍流处理二、雷诺数（Reynoldsnumber）
（1-26）式中Lp—流道的润湿周边长度，m；A—流道的截面积，m2。三、当量直径的概念当量直径水力半径
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流体动力学主要研究流体流动过程中流速、压力等物理量的变化规律，研究所采用的基本方法是通过守恒原理（包括质量守恒、能量守恒及动量守恒）进行质量、能量及动量衡算，获得物理量之间的内在联系和变化规律。作衡算时，需要预先指定衡算的空间范围，称之为控制体，而包围此控制体的封闭边界称为控制面。一、概述
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的推导图1-11 管路系统的总质量衡算
如图1-11 所示，选择一段管路或容器作为所研究的控制体，该控制体的控制面为管或容器的内壁面、截面1-1与2-2组成的封闭表面。根据质量守恒原理可得（1-28）二、总质量衡算-连续性方程的推导
对于定态流动，则或(1-29)二、总质量衡算-连续性方程的推导
对于不可压缩流体，对于圆形管道(1-30)(1-31)(1-31a)推广到管路上任意截面二、总质量衡算-连续性方程的推导
不可压缩流体圆形管道二、总质量衡算-连续性方程的推导管内定态流动的连续性方程注意：以上各式的适用条件
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一、流动系统的总能量衡算方程选取如图1-12 所示的定态流动系统作为衡算的控制体，控制体内装有对流体作功的机械（泵或风机）以及用于与外界交换热量的装置。流体由截面1-1流入，经粗细不同的管道，由截面2-2流出
图1-12 流动系统的总能量衡算1-换热器; 2-流体输送机械
推导思路：总能量衡算机械能衡算不可压缩流体机械能衡算一、流动系统的
流出能量速率－流入能量速率=从外界的吸热速率+作功机械对流体作功速率一、流动系统的总能量衡算方程则热力学第一定律可表述为
一、流动系统的总能量衡算方程流体由1-1截面流入与由2－2截面流出控制体的能量速率包括：内能：由截面1-1进入由截面2-2流出位能：由截面1-1进入由截面2-2流出(J/s)(J/s)(J/s)(J/s)
动能：由截面1-1进入由截面2-2流出压力能：由截面1-1进入由截面2-2流出(J/s)(J/s)(J/s)(J/s)一、流动系统的
换热器向控制体内流体所加入的热量速率为输送机械向控制体内流体所加入的外功速率为(J/s)(J/s)一、流动系统的
根据能量守恒定律，可得上式经整理，可得一、流动系统的
（1-33）式1-33 即为一、流动系统的总能量衡算方程定态流动过程的
动能校正系数式1-33 中的动能项为单位质量流体的平均动能，以单位质量流体由截面1－1进入控制体为例，应该按照下式计算一、流动系统的
则上式变换为令动能校正系数：一、流动系统的
因此，总能量衡算方程式可写成(1-33a)α值与管内的速度分布形状有关。对于管内层流，α=2（详见本章
流体输送过程中各种机械能相互转换。由于流体的黏性作用，流体输送过程中还消耗部分机械能，将其转化为流体的内能。以流体在水平管道内的流动来说明。二、流动系统的机械能衡算方程
二、流动系统的机械能衡算方程假设流动为稳态过程，由热力学第一定律可知1kg流体在截面1-1与2-2之间所获得的总热量因此(1-35)克服流动阻力而消耗的机械能
将式1-35 代入式1-33 ，可得(1-36)二、流动系统的机械能衡算方程定态流动过程的机械能衡算方程
对于不可压缩流体，ρ为常数(1-37)(1-37a)或二、流动系统的机械能衡算方程工程伯努利(Bernoulli)方程适用条件：不可压缩流体
对于理想流体的流动，又无外功加入所以或二、流动系统的机械能衡算方程伯努利(Bernoulli)方程适用条件：不可压缩理想流体
练习题目
作业题：8、9、101．
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