制藥工程化工原理09-10學(xué)時

1、雷諾數(shù),黏度,流速,密度,直徑,Re≤2000： 層流；Re＞4000： 湍流；Re=2000～4000： 過渡區(qū)。,直管內(nèi)的流動：,,雷諾數(shù)物理意義：,反映了綜合因素對流體流動的影響，如流體受到的擾動情況、管壁粗糙程度、管道入口形狀、流體自身特點等。標(biāo)志著流體流動的湍動程度。,黏性,流體內(nèi)部相鄰流體層之間的相互作用力稱為剪切力（內(nèi)摩擦力）。單位作用面積上的剪切力稱為剪應(yīng)力。 流體所具有的這種抵抗兩層流體相對運動

2、速度的性質(zhì)稱為流體的黏性。 黏性是流體的固有屬性之一，不論流體處于靜止還是流動，都具有黏性。,平板間黏性流體的速度變化：,上板以恒定速度沿x的正方向運動,,,,,,,牛頓黏性定律：,剪應(yīng)力,速度梯度,黏度Pa·S,表示流體黏性的系數(shù)，也稱動力黏度。,物理單位制: P（泊）, cP（厘泊）,單位：,溫度對流體黏度的影響：,不同流型內(nèi)的速度分布：,管壁u=0，管中心u=umax,,層流：,質(zhì)點的高頻脈動與混合擴(kuò)散使速

3、度分布趨向均勻！,管壁u=0，管中心u=umax,,n的取值,湍流：,,不規(guī)則碰撞產(chǎn)生的附加阻力,湍流黏度，與流體流動狀況有關(guān)的系數(shù),,流動阻力,層流：,對于牛頓流體：,湍流：,湍流流動阻力=粘性摩擦力+湍流應(yīng)力,,總結(jié)：層流和湍流的特點,平行運動，無碰撞和混合,運動方式,速度分布,流動阻力,雜亂運動，碰撞混合，有旋渦，非穩(wěn)態(tài),層 流：,湍 流：,拋物線,截頭拋物線,粘性摩擦力+湍流應(yīng)力,粘性摩擦力,邊界層,壁面附近速度梯度較大的流體層

4、,速度為99％來流速度的流體層,定為邊界層的外邊界,外邊界至壁面的距離,即為邊界層的厚度，約為0.1～10mm。,產(chǎn)生倒流和旋渦，消耗大量機(jī)械能。,邊界層分離現(xiàn)象,逆壓梯度造成了邊界層分離。,邊界層與固體壁面脫離的現(xiàn)象,邊界層理論的成就： 闡明了流動阻力的機(jī)理； 進(jìn)而提出了溫度邊界層、濃度邊界層和反應(yīng)邊界層等理論； 為闡明傳熱和傳質(zhì)機(jī)理，計算溫度分布、濃度分布等奠定了基礎(chǔ)。,,,總結(jié)：能量損失的因素,1.流體的粘性。它是內(nèi)摩擦的宏

5、觀表現(xiàn)，將消耗流體的機(jī)械能。,3.邊界層分離時，局部倒流、漩渦和壓力不均，形成形體阻力。,2.湍流則由于內(nèi)摩擦和脈動混合要消耗更多的機(jī)械能。,流體在管內(nèi)流動的阻力損失,,,,總阻力損失,直管阻力損失,局部阻力損失,一.直管阻力損失的計算,取流體元：長為l、直徑為d 穩(wěn)態(tài)流動,流體與圓管接觸的面積,剪應(yīng)力,=,推動力 = 摩擦阻力,在1和2之間建立柏努利方程:,所以:,z1=z2, u1=u2,,范寧（Fanning）公式,因流型

6、不同而變化,不宜直接計算,作變換消去,摩擦系數(shù),圓形、直管，層流湍流都適用,范寧公式其它形式：,表示能量損失，J/kg,壓頭損失，m,壓強(qiáng)損失，Pa,摩擦系數(shù)的獲得：,層流:,湍流:,與 和 有關(guān),相對粗糙度,摩擦系數(shù)圖,,,四個區(qū)域：,①層流區(qū),②過渡區(qū),③湍流區(qū),④完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)）,虛線以外區(qū)域,查圖或按湍流算,湍流區(qū)摩擦系數(shù)常用查圖法或由經(jīng)驗公式計算：,Blasius 公式：,Re＝2.5×10

7、3～105,適用光滑管，,Haaland公式：,傾斜直管，則,水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。同根直管無論如何安裝，相同流動條件下的阻力損失是不變的。Re，ε/d不變，則hf不變。,水平直管：,直管阻力的測量方法：,,,局部阻力損失的計算,,,1. 局部阻力系數(shù)法(突擴(kuò),突縮,進(jìn).出口),：局部阻力系數(shù),突然擴(kuò)大時的阻力系數(shù)計算式為：,突然擴(kuò)大,細(xì)管內(nèi)速度,管出口,突然縮小時的阻力系數(shù)計算式為:,突然縮小,細(xì)管內(nèi)速度,