化工原理第三版最新课件 第一章

1、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？,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,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： （

2、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，,分配节,（2）压力射流 按动量守恒， 小孔流速=？ 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,（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,（4）水龙反冲力 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：

3、由12截面排柏努利方程 z0 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,4 流体流动的内部结构 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) 判断依据：雷诺数,4.1.1 层流和湍流的区别： 层流 湍流 无微团作径向运动 有微团作径向运动 层流层从中心到管壁 层流内层附壁 , hf与 无关 hf与 有关 传热、传质慢 传热、传质快 层流和湍流的本质区别: 是否存在速度、压强的脉动性 4.1.2 流型判据 Re4000 湍流,4.2 湍流的基本特征 4.2.1 时均速度和脉动速度 速度=时均速度

4、+脉动速度 4.2.2 湍流的强度和尺度 湍流：主体流动+各种大小、强弱的旋涡,湍流强度 或 湍流尺度 两点间的相关系数 两点间的距离为y 4.2.3 湍流粘度： 与流动状况有关，与物性无关,4.3 边界层及边界层脱体 4.3.1 边界层 实际流体0，壁面无滑脱 边界层-流动流体受固体壁面阻滞而造成 速度梯度的区域,入口段阻力大、传热、传质快 4.3.2 边界层脱体 流体绕过 圆柱的流动 边界层脱体的后果： 1.产生大量的旋涡， 2.造成较大能量损失,边界层脱体的条件: 1逆压强梯度 2外层动量来不及传入 如：平板不会发生脱体（无倒压区） 流线型物体也不发生脱体 （尾部收缩缓慢，动量来得及传入

5、） (录像) (管排),4.4 圆管内流体运动的数学描述 数学描述方法： 取控制体（微分控制体或积分控制体） 作力（热量、质量）衡算 结合本过程的特征方程（如 ）解方程 将结果整理成所需要的形式,4.4.1 取控制体作力衡算 (p1-p2)r2-r2lgsin-2rl=0 lsin=z2-z1 得，(P1-P2)r =2l 或 此式与流体性质、流动类型无关,4.4.2 层流速度分布 层流条件下： 特征方程 边界条件 r=R 处 u=0 积分得 由 ，得 湍流条件下：由于的困难而无法解析解 实测后归纳成 n=f(Re),5 阻力损失 5.1 两种阻力损失 根本原因黏性 划分：直管阻力损失（沿程阻

6、力损失） 局部阻力损失（管件、阀件的阻力损失） 5.1.1 直管阻力损失 影响因素：物性因素， 设备因素 d, l, 操作因素 u 机械能衡算 直管，u1=u2，,5.1.2 泊谡叶方程 层流时，已得 得 应用条件：牛顿流体 层流状态 圆直管速度分布稳定段（非入口段） 层流直管阻力也可写成,5.2 湍流直管阻力损失 实验研究方法: 基本要求：由小见大，由此及彼 量纲分析指导下的实验研究方法的主要步骤： 析因实验-找出主要影响因素 hf= f (d, l, u,) 无量纲化-减少工作量 量纲分析法的基本依据：物理方程的量纲一致性 力学范围内基本量纲 质量M，长度L，时间T 其它量纲均为导出量纲，如密度ML-3,f(hf, d, l,u,)=0 选 d, u,为基本变量，将 hf, l, ,无量纲化 实验并数据处理 因 ,习惯用 表示速度头，则 记摩擦系数 以不同的Re(方便地调节u)，不同的人工粗糙管, 以水或空气就可做实验,5.3 摩擦系数 5.3.1 莫迪图 层流时，管内全部为层流，与/d无关 湍流时，层流内层厚度， ,水力光滑管,与Re有关,与/d无关 ,与R