13管内流体流动现象-气液传质设备

1. 判断流型 Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是 湍流，该区称为不稳定的过渡区。
2.物理意义
Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关 系，标志着流体流动的湍动程度。
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边界层区（边界层内）：沿板面法向的速度梯度 很大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。
主流区（边界层外）：速度梯度很小，剪应力可 以忽略，可视为理想流体 。
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边界层流型：层流边界层和湍流边界层。
层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。
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弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。04:47:2904:47:2904:4712/11/2020 4:47:29 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.1104:47:2904:47Dec-2011-Dec-20
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重于泰山，轻于鸿毛。04:47:2904:47:2904:47Friday, December 11, 2020
0.82umax
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1/7次方定律 返回
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1.3.4 流体流动边界层 一、边界层的形成与发展
流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，
域。
即流速降为主体流速的99％以内的区
边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。
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流体在平板上流动时的边界层：
dy
dy
dy
u＋du u
式中：F——内摩擦力，N；
τ .
——剪应力，Pa；
d u ——法向速度梯度，1/s；
dy
μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s 。
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牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体；
非动力粘度） 1.粘度的物理意义
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每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12.1120.12.1104:4704:47:2904:47:29Dec-20
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务实，奋斗，成就，成功。2020年12月11日 星期五4时47分 29秒Fr iday, December 11, 2020
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抓住每一次机会不能轻易流失，这样 我们才 能真正 强大。20.12.112020年 12月11日星期 五4时47分29秒20.12.11
1.3.3 流体在圆管内的速度分布 速度分布：流体在圆管内流动时,管截面上 质点的速度随半径的变化关系。 一、层流时的速度分布
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由压力差产生的推力 ( p1 p2 )r 2
流体层间内摩擦力
.
.
F A d u (2rl) d u
dr
dr
.
( p1
p2 )r 2
(2rl )
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 上午4时 47分20.12.1104:47December 11, 2020
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重规矩，严要求，少危险。2020年12月11日 星期五4时47分 29秒04:47:2911 December 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午4时47分29秒 上午4时47分04:47:2920.12.11
2. 粘度的单位 SI制：Pa·s 或 kg/(m·s) 物理制：cP(厘泊）
换算关系 1cP＝10-3 Pa·s
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3.运动粘度
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粘度μ与密度ρ的之比。
m2/s
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1.3.2 流体的流动型态 一、雷诺实验
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不可麻痹大意，要防微杜渐。20.12.1120.12.1104:47:2904:47:29December 11, 2020
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加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月11日 上午4时 47分20.12.1120.12.11
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追求卓越，让自己更好，向上而生。2020年12月11日星期 五上午4时47分 29秒04:47:2920.12.11
SS’以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来， 形成涡流，出现边界层分离。
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边界层分离的必要条件： 流体具有粘性； 流动过程中存在逆压梯度。
边界层分离的后果： 产生大量旋涡； 造成较大的能量损失。
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踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。20.12.1120.12.11Friday, December 11, 2020
du dr
.
d u ( p1 p2 ) r
dr
2l
.
管壁处r＝R时，u＝0，可得速度分布方程
.
u
( p1
p2 )
(R2
r2)
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4l
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管中心流速为最大，即r＝0时，u ＝umax
u max
( p1 p2 ) R 2
4l
.
u
u max
1
r R
2
即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。
管截面上的平均速度 :
R.
u VS
A
0
u 2rdr R 2
1 2 umax
即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。
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二、湍流时的速度分布
.
剪应力 ： ( e) d u
dy
e为湍流粘度，与流体的流动状况有关。
层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的 方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不 混合；
湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前 流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方 向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。
二、流型判据——雷诺准数
Re du
无因次数群
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谢谢大家！
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湍流速度分布 的经验式：
.
u
u max
1
r R
n
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n与Re有关，取值如下：
4 104 Re 1.1105 , 1.1105 Re 3.2 106 ,
Re 3.2 106
n1 6
n1 7
n 1 10
当 n 1 时，流体的平均速度 :
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u VS A
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湍流流动时：
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湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向 传递因速度的脉动而大大强化；
过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；
层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向 传递只能依赖分子运动。
——层流内层为传递过程的主要阻力
Re越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。
湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型
转为湍流。
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流体在圆管内流动时的边界层
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充分发展的边界层厚度为圆管的半径； 进口段内有边界层内外之分 。 也分为层流边界层与湍流边界层。
进口段长度： 层流：x0 d 0.05 Re 湍流：x0 d 40 ~ 50
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1.3 管内流体流动现象
1.3.1 流体的粘度 1.3.2 流体的流动型态 1.3.3 流体在圆管内的速度分布 1.3.4 流体流动边界层
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1.3 管内流体流动现象
1.3.1 流体的粘度
一、 牛顿粘性定律
F
.
.
F A d u 或 d u
流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生 单位速度梯度所需的剪应力。
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粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。
f ( p,T ) 液体 : f (T ) T ↑ → ↓ 气体 : 一般 f (T ) T ↑ → ↑
超高压 f ( p,T ) p ↑ → ↑
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2. 边界层的分离
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A
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B
S
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A →C：流道截面积逐渐减小，流速逐渐增加，压 力逐渐减小（顺压梯度）；
C → S：流道截面积逐渐增加，流速逐渐减小，压 力逐渐增加（逆压梯度）；
S点：物体表面的流体质点在逆压梯度和粘性剪应 力的作用下，速度降为0。