化工原理指导书(章节知识梳理)

(一)流体的流动类型

雷诺实验表明,在流体流动中存在着截然不同的两种流动形态,即层流和湍流。 1.层流:流体质点沿轴方向作直线运动,即分层流动;质点间不发生宏观混合;流体的摩擦力遵循牛顿粘性定理;流体内的动量、热量、质量传递靠分子运动来进行。

2.湍流:流体质点总体上沿管轴方向流动,同时还在各个方向上作剧烈的随机运动,流体的内摩擦力不服从牛顿粘性定理;流体内的动量、热量、质量传递是通过质点和分子的随机运动共同完成的。质点随机运动强化传热过程。 (二)流动类型的判断条件

u?u2 Re?=,雷诺数等于惯性力?u2与粘性力?之比。

d??uddu?当Re<2000时,为层流。 当Re>4000时,为湍流。

当Re=2000-4000时,可能是层流,也可能是湍流,依外界条件定,此区域称为过渡流。 七、管内流动阻力 (一)流动阻力分类:

(1)直管阻力:流体通过等径直管时所产生的阻力损失。

(2)局部阻力:流体通过管件、阀门、截面突然变化所引起的阻力损失。 (二)阻力损失的直观表现—压强降

在一水平等径直管上任取两截面列柏努利方程有:

?pf?p1?p2??g?hf

上式表明,直管的阻力损失表现为压强降。即阻力损失是由流体的压强能提供的。 (三)直管阻力的计算通式——范宁公式

lu2?hf??d2 [J/Kg]

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l?u2?pf???hf?? [Pa]

d2

lu2 Hf?? [m]

d2g上面范宁公式的三种表达式,对层流和湍流均适用,可视情况选择。 应用上式的关键是求λ。 (四)摩擦系数λ的确定 1.层流时摩擦系数:??64 将此式代入范宁公式,有 Re hf?由此式可得到两点结论:

32?l32?l4Vsu? 24?d?d?(1)层流时,阻力损失与流速或流量的一次方成正比。 (2)层流时,阻力损失与管内径四次方成反比。 2.湍流时的摩擦系数λ:

? 由无因次分析法研究可得,湍流时摩擦系数???(Re,),可通过实验找出

d?λ、Re和相对粗糙度间的关系,较常用的是摩擦系数图,见教材图(1-34),

d该图可分为四个区域。 (1)层流区,Re≤2000,??64 Re(2)过渡区,Re=2000-4000,λ一般按湍流查取。

??(3)湍流区,Re>4000,一定下,λ随Re增大而减小。Re一定时,λ随

dd的增加而增大。

?(4)完全湍流区,一定时λ与Re无关,并为常数。由范宁公式:

dlu2?lVs2∑hf?? ?25d22?d4??由上式得到:

A、完全湍流时,阻力损失与流速或流量的平方成正比又称阻力平方区。

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B、完全湍流时,阻力损失与管径的五次方成反比。 (五)非圆形直管阻力的计算

计算非圆形直管阻力时,仍可用范宁公式,但应将式中和Re中的圆管直径换成非圆管的当量直径de。 (六)局部阻力的计算

当流体流过管路上的部件如管件、阀门、管子进出口、截面突然变化时,流动阻力显著增加,这类流动阻力统称为局部阻力。计算方法有: 1.阻力系数法

u2hf?? [J/Kg]

2式中?称为局部阻力系数,其值由实验定。 2.当量长度法le

将流体的局部阻力损失折合成相当于流体流过直径相同的长度为Le的直管时所产生的阻力损失。

Leu2hf?? [J/Kg]

d2式中当量长度Le值由实验定。上两式中的u均采用较小截面处的流速。 (七)流体在圆管内流动的总阻力计算

管路系统的总阻力包括了所取两截面间全部直管阻力和局部阻力。 1.当管路为等径管路时:

lu2∑hf?(????) [J/Kg]

d2l??leu2 ?hf?? [J/Kg]

d2 2.对不同直径的管段组成的管路,利用上两式分段计算,然后加和计算出总阻力。 八、管路计算 (一)管路特点 1.简单管路特点

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由等径的或不同管径的管道组成的串联管路,特点是: (1)连续性方程成立。即u1A1?1?u2A2?2

(2)管路总阻力等于各段直管阻力与局部阻力之和。 2.并联管路特点

(1)主管的流量等于各并联支路流量之和。

(2)各并联支路的阻力相等即?hf1??hf2??hf3,计算时任选一支管路即可。

(3)各支路流量分配按?hf1??hf2??hf3自动进行。 3.分支与汇合管路特点

(1)主管流量等于各支管流量之和。

(2)分支点或汇合点处的单位质量流体的总机械能为一定值。

(3)因主管上分支点或汇合点后流量变化,主管的阻力损失必须分段计算。 (二)简单管路计算内容

1.设计型问题:对于给定的输送任务,选择适宜的管径,设计管路的走向,确定管路中需配置的管件和阀门等。

2.操作型问题:对已有的管路系统,核算在给定条件下的输送能力等。 九、流量测量

(一)皮托管

用来测量管路中某点速度的装置,与U型管压差计配合使用。所测流速为

u?C0注意:

2(?A??)gR?

1.皮托管可测定管截面上的速度分布。

2.皮托管安装时,测点前、后应保证一定直管长度(稳定段),稳定段长大于50倍管内径。

3. 皮托管外径d0

(二)孔板流量计

用来测定管路中流体流量的装置,与U型管压差计配合使用,所测流量为

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