第二章流体流动与输送 第二节流体流动 教学要求 熟悉流量与流速、稳定流体与非稳定流体、牛顿 粘性定律及剪应力与动量传递等流体流动的基本概念; 掌握流体流动的型态及其流动类型判据;掌握圆管内 流体作层流和湍流流动的速度分布;了解流体流动过 程中的边界层以及边界层脱离 重点:流体的流动型态,流动类型判据,层流与湍流 的比较。 难点:层流和湍流速度分布,边界层与层流底层概念。 Ar r 1
第二章流体流动与输送 第二节 流体流动 教学要求 熟悉流量与流速、稳定流体与非稳定流体、牛顿 粘性定律及剪应力与动量传递等流体流动的基本概念； 掌握流体流动的型态及其流动类型判据；掌握圆管内 流体作层流和湍流流动的速度分布；了解流体流动过 程中的边界层以及边界层脱离。 重点：流体的流动型态，流动类型判据，层流与湍流 的比较。 难点：层流和湍流速度分布，边界层与层流底层概念。 1
2.1流量与流速 、流量 单位时间内流过管子任一截面的流体数量,称流 量 体积流量--以q,表示,单位为m/ 质量流量--以m表示,单位为kg 体积流量与质量流量的关系为: qm=ap (2-9) 由于气体的体积与其状态有关,因此对气体的 体积流量,须说明它的温度和压强。通常将其折算 到273.15K、1.0133×105Pa下的体积流量称之为 “标准体积流量(Nmh)
2.1 流量与流速 一、流量 单位时间内流过管子任一截面的流体数量，称流 量。 体积流量-----以 表示，单位为m3 /s。 质量流量-----以 表示，单位为kg/s。 体积流量与质量流量的关系为： （2-9） 由于气体的体积与其状态有关，因此对气体的 体积流量，须说明它的温度t和压强p。通常将其折算 到273.15K 、 1.0133×105Ｐa下的体积流量称之为 “标准体积流量（Nm3 /h）”。 qm = qV V q qm 2
流速 平均流速(简称流速)u 流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距 离,称为流速,以u表示,单位为m/s。 流体在管截面上的速度分布规律较为复杂,工程上为计 算方便起见,流体的流速通常指整个管截面上的平均流速, 其表达式为 (2-10) 式中,A—垂直于流动方向的管截面积,m2 流量和流速的关系: q=gP=uAp (2-11) A r3
平均流速（简称流速）u 流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距 离，称为流速，以u表示，单位为m/s 。 流体在管截面上的速度分布规律较为复杂，工程上为计 算方便起见，流体的流速通常指整个管截面上的平均流速， 其表达式为： 式中，A——垂直于流动方向的管截面积，m2 。 流量和流速的关系： qm = qV = uA （2-11） 二、流速 A q u V = 3 （2-10）
质量流速O 单位时间内流体流过管道单位截面内的质量, 以O表示,其单位为kg/(m2s),其表达式为 q qLp 由于气体的体积随温度和压强而变化,在管截面积 不变的情况下,气体的流速也要发生变化,采用质 量流速为计算带来方便
质量流速 单位时间内流体流过管道单位截面内的质量， 以 表示，其单位为kg/(m2·s)，其表达式为 由于气体的体积随温度和压强而变化，在管截面积 不变的情况下，气体的流速也要发生变化，采用质 量流速为计算带来方便。 u A q A qm V = = = 4
圆形管道直径的选定 ①.785d2 d= 费用 总费用 V0.785 (2-12) 操作费 流量一般为生产任务所决定, 而合理的流速则应根据经济权衡决 定,一般液体流速为0.5~3ms。气 设备费 体为10~30m/s。某些流体在管道中 适宜 的常用流速范围,可参阅教材P26表 2-1或查阅有关手册 5
圆形管道直径的选定 2 2 0.785 4 d q d q u = V = V u q d V 0.785 = 流量一般为生产任务所决定， 而合理的流速则应根据经济权衡决 定，一般液体流速为0.5～3m/s。气 体为10～30m/s。某些流体在管道中 的常用流速范围，可参阅教材P26表 2-1或查阅有关手册。 （2-12） 5 u u适宜 费 用 总费用 设备费 操作费
某些流体在管道中常用流速范围 流体种类及状况常用流速范流体种类及常用流速 围ms状况 范围m/s 水及一般液体 1-3压力较高的15-25 气体 粘度较大的液体 05-1饱和水蒸气 低压气体 8-158大气压以下40-60 易燃、易爆的低压83大气压以下20-40 气体(如乙炔等) 过热水蒸气30-50 适宜流速的大小与流体性质及操作条件有关。如悬浮液不 宜低速,高粘度、高密度及易燃易爆流体不宜高流速
某些流体在管道中常用流速范围 流体种类及状况 常用流速范 围 m/s 流体种类及 状况 常用流速 范围 m/s 水及一般液体 1~3 压力较高的 气体 15~25 粘度较大的液体 0.5~1 饱和水蒸气 低压气体 8~15 8大气压以下 40~60 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） <8 3大气压以下 过热水蒸气 20~40 30~50 适宜流速的大小与流体性质及操作条件有关。如悬浮液不 宜低速，高粘度、高密度及易燃易爆流体不宜高流速。 6
[例24]以内径105mm的钢管输送压力为2026kPa (绝对压力)、温度为120℃的空气。已知空气在标 准状态下的体积流量为630m3/h,试求此空气在管内 的流速和质量流速。 解:依题意,空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下 的流量。因压力不高,可应用理想气体状态方程计算如下: T P 273+120101.325 630× 2715/ 202.6 =453m3/h 平均流速 453/3600 0.78520.785×0.1052N14.5m/s
[例2-4] 以内径105mm的钢管输送压力为202.6kPa （绝对压力）、温度为120℃的空气。已知空气在标 准状态下的体积流量为630m3 /h，试求此空气在管内 的流速和质量流速。 解: 依题意，空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下 的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下： m h p p T T qV qV 453 / 202.6 101.325 273.1 5 273 120 630 3 * * * = + = = 平均流速 1 4.5m / s 0.785 0.105 453/ 3600 2 = = 2 0.785d q u V = 7
取空气的平均分子量为Mm=289kg/kmo,则实际 操作状态下空气的密度为: =(2.2)×(2731)×( 202.6 01.325 =1.8kg/m3 质量流速 O=p=18×145=26lkg/m2s)
取空气的平均分子量为Mm=28.9 kg/kmol，则实际 操作状态下空气的密度为： 3 101.325 202.6 273 120 273.15 22.4 28.9 1.8kg/m ρ ( ) ( ) ( ) = = + 质量流速 1.8 14.5 26.1 /( ) 2 = u = = Kg m s 8
[例25]某厂要求安装一根输水量为30m3h的 管道,试选择合适的管径。 解:管内径为 V0.785n 选取水在管内的流速u=1.8m/s 30/3600 d =0.077m=77nm Vo.785×1.8 注意:管径应进行圆整
[例2-5] 某厂要求安装一根输水量为30m3 /h的 管道，试选择合适的管径。 解：管内径为 选取水在管内的流速u＝1.8m/s 注意：管径应进行圆整 u q d V 0.785 = 9
査附录中管道规格,确定选用普通无缝钢管 q89mm×4mm(外径89mm,壁厚4mm)的管子, 则其内径为d=894×2)=81mm=0.081m 因此,水在输送管内的实际操作流速为 30 流速在1~3.0m/s L 162m/S范围内,故管子 0.785×0.0812×3600 尺寸选择合适。 管径计算步骤: 1据经验值选择一适宜的流速n; 2计算管内径d; 3按照管子规格选用具体的管子规格。管子规格表 示为g圆管外径×壁厚; 4核算流速。 10
查附录中管道规格，确定选用普通无缝钢管 φ89mm×4mm（外径89mm，壁厚4mm）的管子， 则其内径为 d =89-(4×2)＝81mm＝0.081m 因此，水在输送管内的实际操作流速为： 管径计算步骤： 1.据经验值选择一适宜的流速u； 2.计算管内径d； 3.按照管子规格选用具体的管子规格。管子规格表 示为φ圆管外径×壁厚； 4.核算流速。 流速在1～3.0m/s 范围内，故管子 尺寸选择合适。 u 1.6 2m / s 0.785 0.081 3600 3 0 2 = = 10