石油化工工程基础知识

式中的动力粘度η用运动粘度υ来代替，因η＝ρυ， 则 式中： υ——流体的平均速度； l——流束的定型尺寸； ρ、η一一在工作状态；流体的运动粘度和动力粘 度 ρ——被测流体密度；

由上式可知，雷诺数Re的大小取决于三个参 数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作 状态下的粘度。
流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。

数学模型为：Re=d·v·ρ/ μ 或 Re=d·v/λ 流速：v，管径d、密度ρ、黏度μ 或λ
实验表明：

对于流体在管内的流动: （1）当Re <2000时，流动形态为层流； （2）当2000 < Re <4000时，为过渡流； （3）当Re > 4000时，为湍流状态。
式中， le——管件的当量长度，可查表或实验测定
③管路的总阻力损失

管路的总阻力损失为流体流经直管的阻力损失 与各局部阻力损失之和，即： Σhf = hf + Σhf´
二、动、静设备基本知识

压力
（5）稳态流动和不稳态流动

任一截面处的流速、流量和压力等物理参数是 否随时间变化，确定流动状态。 对于圆形管道：

v1 / v2 = (d2/d1)²
(6)伯努利方程式

mU1+mgH1+mv² 2+P1Q1+wm+qm =MU2+mgH2+mv² /2+P2Q2
（机械能守恒）
（总能量守恒）
πν 通常，由于流速的大小体现了操作费用的高低，而 管径d的大小则体现了设备投资费用的多少，所以， 对于较长的管道，两者要权衡考虑，以总费用最低 为目标。
（4）管子壁厚的选择
管径确定后，管壁厚度应根据 以下因素确定： ◇承受的压力 温度 ◇材质 ◇操作温度 介质 ◇输送介质 材质 ◇使用周期 ◇工作压力
④流速：单位时间内流过的距离。 ⑤平均流速：在管截面中心处最大，越靠近管壁流 速越小，在管壁处的流速为零。
（2）流体静力学基本方程

静止液体内任意两点满足静力学方程：
H1 + P1/ρg= + P2/ρg
H2 H
P2 = P0 + ρg H
H1
（3）管径的确定

对于圆形管道，管径可以由下式 d= 4Q
化工原理 一、流体力学基本理论
（1）基本概念
①流体的密度 ②流体的压力 ρ=m/v ﹙kg/m³ ﹚ р=F/A ﹙N/m² ﹚
压力对流体的密度影响很小，可忽略不计，故液体可 视为不可压缩流体；温度对液体的密度有一定影响， 在查阅密度时要注明温度条件。
③流量：单位时间内流过管道任意界面的流体量。 流量常以体积流量Q和质量流量G表示。
ι ——直管段长度（m)

2)局部损失
产生原因： 由于管路中管件（三通、弯头、变径接头等）、 阀门、管子出入口及流量计等局部障碍的存在 而产生的阻力损失。 ①阻力系数法 Hf´= ξv² /2g

式中 ξ——局部阻力系数，由查表或实验测定；
②当量长度法

将流体的局部阻力折合成相当于流体流经同直 径长为le的直管时所产生的阻力，局部阻力可 表示为： hf´=λ le/d· v² /2g
（7）圆管内流体压力损失的计算
雷诺数 测量管内流体流量时往往必须了解其流动状态、 流速分布等。雷诺数就是表征流体流动特性的 一个重要参数。 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个 无因次量。

1883年，英国物理学家O.雷诺观察了圆管内的流动状态,首先提出:由层流向湍 流的过渡取决于比值dup/μ（d为管子内径）。这个比值即雷诺数 Re。
雷诺采用不同的流体和不同的管径精心了 多次试验，发现：
对于圆管内的流动，当Re〈2300时，流动总是层流；Re〉 4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流， 也可能是湍流，取决于外界条件。对于平行流体流过光滑平 板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在105～ 3×106之间。雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、
1）沿程流动阻力损失

产生原因： 流体流经一定管径的直管时，由于摩擦力的 作用而产生的阻力，造成沿程流动损失： Σhf = λ ·ι /d ·v²/2g
式中：

Σhf ——沿程流动损失(m) λ ——摩阻系数，与雷诺数、管壁粗糙有关， 可通过实验测定，也可以计算求得，当流体处 于层流时， λ = 64/Re d ——管内径（m) v ——流体在管内的流速（m/s)

雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性 力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有 规则地流动，呈层流流动状态。 •雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流 体呈紊流流动状态
在不同的流动状态下，流体的运动规律：
在不同的流动状态下，流速的分布等都是不同 的 因而管道内流体的平均流速υ与最大流速 υmax的比值也是不同的。 因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。

用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺 寸一般取管道直径(D)，则
用方形管传输流体，管道定型尺寸取当量直径(Dd)。 当量直径等于水力半径的四倍。对于任 意截面形状的管道，其水力半径等于管 道戳面积与周长之比．所以长和宽分别 为A和B，的矩形管道，其当量直径 ：
对于任意截面形状管道

用当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长 之比计算，因此，雷诺数的计算公式为：



光滑管道的雷诺数ReD与速度比V/Vmax的 关系
试验表明，外部条件几何相 似时(几何相似的管子，流 体流过几何相似的物体等)， 若它们的雷诺数相等，则流 体流动状态也是几何相似的 (流体动力学相似)。这一相 似规律正是流量测量节流装 置标准化的基础。可见，雷 诺数确切地反映了流体的流 动特性是流量测量中常用的 参数．

H1+v² /2g+P1/ρg + He= H2+v² /2g+P2/ρg + Hf
H1-位压头
He-外加功
Hf-压头损失
注意：

总能量衡算中，动能、位能、压力能、外加功 属于机械能；内能和热是非机械能。机械能和 非机械能的区别是前者在流动过程中可以相互 转化，既可以用于流体输送，也可以转变成热 和内能；而后者不能直接转化为机械能用于流 体的输送。