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文檔簡介
影響化工設備中流體流動規(guī)律的因素:流體的物理屬性流動空間(kōngjiān)引發(fā)流體運動的條件第一章流體運動(yùndòng)規(guī)律的影響因素和研究方法精品資料本章(běnzhānɡ)目錄第一節(jié)流體的物理屬性第三節(jié)引發(fā)流體運動的方式、工藝過程的操作條件第四節(jié)液膜流動第二節(jié)流動空間的幾何特征,流動問題分類精品資料第一節(jié)流體的物理(wùlǐ)屬性連續(xù)介質(zhì)假定(jiǎdìng)密度,壓縮性粘性,牛頓流體導熱性,熱導率擴散性,擴散系數(shù)表面張力精品資料連續(xù)介質(zhì)假定(jiǎdìng)從微觀角度看:流體分子(fēnzǐ)之間存在空隙,流體物理量的分布在空間和時間上都是不連續(xù)的。流體力學中,感興趣的是流體的宏觀特性,即有連續(xù)介質(zhì)假設的提出。精品資料連續(xù)介質(zhì)假定:假設流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點組成的介質(zhì)。(1)可用連續(xù)性函數(shù)B(x,y,z,t)描述流體質(zhì)點物理量的空間分布和時間變化;(2)由物理學基本定律建立(jiànlì)流體運動微分或積分方程,并用連續(xù)函數(shù)理論求解方程。連續(xù)介質(zhì)假設是對物質(zhì)分子結構的宏觀數(shù)學抽象,就象幾何學是自然圖形的抽象一樣。除了稀薄氣體、激波外的絕大多數(shù)流動問題,均可用連續(xù)介假設作理論分析。精品資料密度(mìdù),壓縮性密度是表征流體最基本的物理量。氣體和液體的密度可以相差幾個數(shù)量級。如277K時,流體體積或密度隨壓力變化的性能稱為壓縮(yāsuō)性。一般來說,液體比氣體的壓縮(yāsuō)性小得多。是否考慮流體的壓縮(yāsuō)性,需要根據(jù)具體情況來決定(水錘現(xiàn)象,則需要考慮液體的可壓縮(yāsuō)性)
精品資料粘性(zhānxìnɡ)流體不能保持一定的形狀,處于靜止狀態(tài)的流體不能抵抗剪切力,任何微小的剪切力都可以使流體發(fā)生任意大的變形。當變形速度(sùdù)大時,流體則呈現(xiàn)出一定的抵抗力。運動一旦停止,抵抗力便消失,流體受到剪切力作用時抵抗變形速率的能力成為粘性。
理想流體:黏性可被忽略的流體。
無滑移現(xiàn)象:緊靠壁面的一層流體,將不做相對器壁的宏觀運動。
精品資料牛頓(niúdùn)黏性定律上式稱為(chēnɡwéi)牛頓黏性定律式中:——動力粘度,簡稱黏度;——速度梯度,也可理解為剪切變形速率,簡稱剪切速率,以表示。精品資料從牛頓(niúdùn)黏性定律可看出:黏性流體運動時的剪切應力和速度梯度(剪切速率)呈正比粘性切應力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定,而不是由速度決定流體粘性只能影響流動(liúdòng)的快慢,卻不能停止流動(liúdòng)精品資料黏度(niándù)黏度(niándù)又稱動力黏度(niándù),定義為剪切應力和速度梯度或剪切速率之比。據(jù)牛頓黏性定律可得:黏度(niándù)的單位在SI制中是帕秒(Pa·s),CGS制中是泊(P),1Pa·s=10P液體的粘度隨溫度升高而減小,氣體的粘度則相反,隨溫度升高而增大。
精品資料溫度(wēndù)升高時:液體分子間平均距離增大,內(nèi)聚力減小,使粘
度相應減小(b);氣體分子運動加劇,動量交換激烈,使粘度相應(xiāngyīng)增大(a)。精品資料常溫常壓下水(xiàshuǐ)的粘度是空氣的55.4倍粘度(zhāndù)與密度的比值稱為運動粘度(zhāndù)在SI制中運動粘度的單位是m2/s(cm2/s);常溫常壓下空氣的運動粘度是水的15倍水空氣水空氣精品資料
牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體:切應力與速度(sùdù)梯度之間呈線性關系,即動力粘性系數(shù)為常數(shù)。非牛頓流體:切應力在變形速率保持恒定(héngdìng)時要隨時間發(fā)生變化。切應力隨時間增加為流變形流體,反之為觸變性流體。廣義牛頓切應力公式:對于牛頓流體非牛頓流體精品資料典型(diǎnxíng)的非牛頓流體1.冪流流體黏度與剪切速率(sùlǜ)成冪指數(shù)關系,可采用如下方程表示:式中,m——稠度系數(shù),n——流動行為指數(shù),與1的偏差表示該流體偏離牛頓流體行為的程度(1)n=1,m=;牛頓流體(2)n<1;假塑性流體(3)n>1;膨脹流體精品資料2.黏塑性流體(liútǐ)若,若,服從上兩式的液體稱為黏塑性流體(liútǐ),也叫賓漢流體(liútǐ)。特點為:(1)所受應力小于時,流體(liútǐ)不流動;(2)所受應力大于時,其流動行為就和牛頓流體(liútǐ)一樣。精品資料導熱性,熱導率熱量傳遞方式導熱對流熱輻射流體中存在溫度差,就會有熱量傳遞,需考慮流體的導熱能力(nénglì)表示流體導熱能力(nénglì)的物理性質(zhì)是熱導率精品資料傅里葉定律單位時間內(nèi)所傳導的熱量單位面積、單位時間所傳導的熱量稱為導熱通量或熱流強度
這一方程稱為傅里葉導熱定律。負號表示(biǎoshì)熱流方向與溫度梯度方向相反。
精品資料比例系數(shù)k是熱導率,定義為(1)空氣中氫氣的熱導率最高,液體中水的熱導率最高(2)氣體的熱導率隨溫度(wēndù)的升高而增大(3)大部分液體(水和甘油除外)的導熱率隨溫度(wēndù)的升高而降低。精品資料擴散性,擴散系數(shù)如果流體是混合物,且其中存在濃度差,就會產(chǎn)生擴散。表示(biǎoshì)流體這種性質(zhì)的是擴散系數(shù)。物質(zhì)必然從濃度高擴散到濃度低處,從而產(chǎn)生了物質(zhì)傳遞。精品資料費克定律(dìnglǜ)單位時間經(jīng)單位面積擴散的A物質(zhì)量JA,與擴散方向上的濃度梯度成正比,即:上述方程(fāngchéng)稱為費克擴散定律。中負號表示擴散是沿著濃度降低的方向進行的。
比例系數(shù)DAB稱為擴散系數(shù),精品資料表面張力(biǎomiànzhānglì)表面張力(biǎomiànzhānglì)通常是指液體與氣體交界面上的張應力2.表面張力現(xiàn)象:⑴肥皂泡⑵洗潔劑⑶毛細現(xiàn)象精品資料第二節(jié)流動空間的幾何特征,流動問題(wèntí)分類流體運動問題的分類外部(wàibù)流動(繞流):管外流動內(nèi)部流動:管內(nèi)流動典型的化工設備攪拌槽:鼓泡塔:固定床:流化床;精品資料第三節(jié)引發(fā)流體運動的方式、工藝(gōngyì)過程的操作條件化工設備中流動的發(fā)生:泊謖(Poiseuille)流與庫特(Coutte)流流體的兩種基本狀態(tài):層流和湍流流動狀態(tài)的判別(pànbié):雷諾數(shù)Re低雷諾數(shù)(爬流)與高雷諾數(shù)(邊界層流)Re<2000,層流2000<Re<4000,過度流Re>4000湍流精品資料流體力學研究(yánjiū)方法分三個方面,它們相互配合,互為補充。研究方法理論解析方法實驗觀測方法數(shù)值計算方法第四節(jié)研究流體運動(yùndòng)規(guī)律的基本途徑精品資料理論解析過程一般是:建立力學模型,用物理學基本定律推導流體力學控制方程,用數(shù)學方法求解(qiújiě)方程,檢驗和解釋求解(qiújiě)結果。建立(jiànlì)模型推導方程求解方程解釋結果精品資料實驗(shíyàn)方法在相似理論指導下,建立模擬實驗(shíyàn
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