传输原理-第五章 管道中的流动
传输原理-第五章 管道中的流动
湍流核心区：
* y 30
v
5.4 圆管内湍流速度分布
指数定律：湍流时光滑圆管中的速度分布也可以用指
数定律来表示：
x ( r )n
xmax
R
• 当Re=1.1×105时，n=1/7，于是
x ( r )1/7
xmax
R
• 这就是湍流的七分之一次方速度分布规律。因此，只
x
1
4
dP dx
r2
c1 ln r
c2
• 由于在r=0处，υx为有限值，因此c1=0。c2由边界条件：
r=R，υx=0来确定，因此 • 于是，管内速度分布为：
c2
R2
4
dP dx
x
1
4
dP dx
R2 r2
• 若考虑长度为L的一段管道，设上游截面1与下游截面2
之间的压力差为△P=P1-P2>0，则
论管内流动的速度分布、流量及阻力。
根据流场边界是轴对称的特点，取柱坐标系(r, θ, x)的x 轴与管轴重合，如图所示。
(1) 速度分布 柱坐标系中的纳维-斯托克斯方程公式可简化为：
1 r
d dr
r
dx
dr
1
dP dx
5.1 圆管中的层流流动
• 将上式两边对r积分，得：
5.2 湍流的流动
(
y'
xm
)m
dA=
1 t
t 0
(
y'
xm
)dAdt
=xm
dA
1 t
t 0
管道流体原理
管道流体原理管道是一种常见的输送流体的工程结构，广泛应用于石油、化工、水利、供热等领域。
了解管道流体原理对于设计和操作管道系统至关重要。
本文将介绍管道流体的基本原理以及与之相关的一些重要概念和公式。
一、流体基本概念流体是指在外力作用下可以流动的物质，包括液体和气体。
与固体相比，流体的分子间距较大，分子间相互作用力较小，因此具有流动性。
流体的性质可通过以下两个基本参数来描述：1. 密度（ρ）：流体单位体积的质量，通常以千克/立方米（kg/m³）表示。
2. 粘度（μ）：流体内部抵抗剪切力的能力，即流体的黏稠程度，通常以帕斯卡秒（Pa·s）表示。
二、流体力学中的基本定律1. 连续方程：根据质量守恒定律，流体在管道中的质量守恒可由连续方程描述。
连续方程的数学表达为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，∂ρ/∂t表示流体密度随时间的变化率，∇·(ρv)表示流体质量流入单位面积内的变化率。
2. 动量方程：根据动量守恒定律，流体在管道中的动量守恒可由动量方程描述。
动量方程的数学表达为：∂(ρv)/∂t + ∇·(ρv⃗v) = -∇P + ∇·τ + ρg⃗其中，∂(ρv)/∂t表示流体动量随时间的变化率，∇·(ρv⃗v)表示流体动量流入单位面积内的变化率，∇P表示压力梯度，∇·τ表示剪应力的散度，ρg⃗表示重力作用力。
三、流体在管道中的流动状态管道中的流体可分为层流和湍流两种流动状态。
1. 层流：当流体在管道中呈现出较为有序的分层流动状况时，称为层流。
层流时，流体的速度随距离变化较平缓，流线间相对稳定，分子间相互作用力起主导作用。
层流的特点是低速、流线整齐。
2. 湍流：当流体在管道中呈现出非线性、脉动和流线交错等现象时，称为湍流。
湍流时，流体的速度和压力有大幅度波动，分子间相互作用力起次要作用。
湍流的特点是高速、流线混乱。
化工原理课件 流动传输 2.2.3-5
1
1 0
K K
0
p0 pk Hg H f ,01 ( NPSH)C g g
•可得避免发生汽蚀离心泵的 最大安装高度 Hg, 必需汽蚀余量
当pk pv时 Hgmax p0 pv H f , 01 ( NPSH) C g
( NPSH)r ( NPSH)C
（20，26）
（15，19）
注意：以下解法错误!!!，因为新旧工作点
为非等效率点。 q n V n 0.75 2900 2175 . p.m r qV
qV qV
3、离心泵的并联和串联
1）串联组合泵的特性曲线
两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提
供的压头是单台泵的两倍 。
He 10 0.04qV
2
qV 20 75% 15m3 h
新转速下泵的特性曲线方程为：
2 2
He 10 0.04152 19m
n n 2 H 30 0.01 qV n n 2 n n 2441 . p.m. r 19 30 0.01 152 2900
2
——管路的特性 方程
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流
量qv的平方而变
2）离心泵的工作点
离心泵的特性曲线与管 路的特性曲线的交点M， 就是离心泵在管路中的工 作点。
M点所对应的流量qve和压头He 表示离心泵在该特定管路中
实际输送的流量和提供的压头。
2、离心泵的流量调节
1）改变出口阀开度
(B)
2.2.4离心泵的气蚀现象与安装高度
• 1.离心泵的气蚀现象 • 2.离心泵的抗气蚀性能 a.离心泵的气蚀余量 b.离心泵的允许吸上真空度 • 3.离心泵的允许安装（吸上）高度
第五章 管中流动PPT课件
一、时均流动与脉动
根据图所示的一点上的速度变化曲线，用一
定时间间隔T内的统计平均值，称为时均流速v
来代替瞬时 vtdt
瞬时速度v与时均速度 v 之间的差值称为脉动
速度，用v’表示，即
vvv
脉动值时正时负，且在T时间段内有
1
T
vdt 0
T0
用同样的方法可以定义任一流动参数 f 的时均值为
b) 颜色开始弯曲颤动，但仍然层 次分明，互不混掺。流体在纵 向和横向都有速度脉动
c) 颜色水与周围液体完全混掺， 不再维持流束状态，流体做复 杂的、无规则的、随机不定常 运动。
一、临界速度与临界雷诺数
上临界流速vc ：层流→湍流时的流速。 下临界流速vc：湍流→层流时的流速。 vc < vc
Re＝ vd/
64
为沿程阻力系数
Re
则
hf
l
d
v2 2g
达西公式
3、功率损失
克服沿程阻力所消耗的功率
Phf
gqV
p
g
gqV
pqV
Fv
PpqV 12d8l4qV2
七、层流起始段
流体以均匀的速度流入管道后，由于粘性，近壁处产生边界层，边界 层沿着流动方向逐渐向管轴扩展，因此沿流动方向的各断面上速度分布不 断改变，流经一段距离L后，过流断面上的速度分布曲线才能达到层流或湍 流的典型速度分布曲线，这段距离L称为进口起始段。
2. 切应力分布
壁面切应力：
0
pd 4l
切应力分布：
0
r R
即适应层流， 也适应湍流。
湍流： dv l2 dv dv
dy dydy
3. 速度分布
传热学第五章_对流换热原理-1
Velocity = v Velocity = 0
Velocity Temperature
Boundary Boundary
Layer
Layer
HOT SURFACE, TEMP = TH
3. 热边界层厚度δt和流动边界层厚度δ的区 别与联系
(2) 边界层产生原因：
由于粘性的作用，流体与 壁面之间产生一粘滞力， 粘滞力使得靠近壁面处的 速度逐渐下降，最后使壁 面上的流体速度降为零， 流体质点在壁面上产生一 薄层。随着流体的流动， 粘滞力向内传递，形成的 薄层又阻碍邻近流体层中 微粒运动的作用，依此类 推，形成的薄层又阻碍邻 近流体层微粒运动，到一 定程度，粘滞力不再起作 用。
➢ 如果流体为粘性流体，情况会如何呢？我们用一测速仪来 测量壁面附近的速度分布。测量发现在法向方向上，即y 方向上，壁面上速度为零，随着y方向的增加，流速急剧 增加，到达一薄层后，流速接近或等于来流速度，普朗特 研究了这一现象，并且在1904年第一次提出了边界层的概 念。
普朗特在仔细观察了粘性流体流过固体表面的特性后提出了 突破性的见解。他认为，粘滞性起作用的区域仅仅局限在 靠近壁面的薄层内。在此薄层以外，由于速度梯度很小粘 滞性所造成的切应力可以略而不计，于是该区域中的流动 可以作为理想流体的无旋流动。这种在固体表面附近流体 速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层(又称速度边界 层)．图5—5示出了产生流动边界层的两种常见情形。如 图5—5a所示，从y＝o处u＝0开始，流体的速度随着离开 壁面距离y的增加而急剧增大，经过一个薄层后u增长到接 近主流速度。这个薄层即为流动边界层，其厚度视规定的 接近主流速度程度的不同而不同。通常规定达到主流速度 的99％处的距离y为流动边界层的厚度，记为δ 。
管道输送原理
管道输送原理管道输送是一种常见的物流运输方式，它通过管道将物体或流体从一个地方输送到另一个地方。
管道输送广泛应用于石油、天然气、水、化工品等领域，具有高效、快速、经济等特点。
本文将详细介绍管道输送的原理。
一、管道输送的基本原理管道输送的基本原理是利用压力差将物体或流体从一个点推动到另一个点。
在管道中，通过增加压力将物体或流体推动向较低压力的方向。
管道中的流体在受到压力作用下，会沿着管道的方向流动，实现输送的目的。
二、流体的性质对管道输送的影响管道输送的效果受流体的性质影响较大。
流体的黏度、密度、流动性等参数会影响管道输送的阻力和能耗。
例如，黏稠的液体需要更大的压力来推动，而密度大的流体则需要更大的管道直径来保持流速。
三、管道的选择与设计合理选择和设计管道是实现高效输送的关键。
管道的直径、材料、布局等因素都影响着输送的效率和成本。
对于大流量的物体或流体，需要选择较大直径的管道以减少阻力；对于特殊介质，需要选择耐腐蚀性能良好的管道材料。
四、管道输送系统的维护与管理管道输送系统的维护与管理对于确保长期稳定的运行至关重要。
定期的检查、维修和清洗可以防止管道堵塞、泄漏和损坏。
在管道系统中设置监测装置，及时发现问题并采取相应措施，有助于提高输送效率和安全性。
五、管道输送的优势和应用领域管道输送相比其他物流运输方式具有许多优势。
首先，管道输送速度快，能够满足大规模的物质流动需求。
其次，管道输送成本低，节约能源和人力资源。
此外，管道输送对环境污染较小，利于可持续发展。
管道输送广泛应用于各个领域。
在石油、天然气工业中，管道输送是主要的物流运输方式，将大量的石油和天然气从油田、气田输送至加工厂或消费地。
在化工工业中，管道输送用于运输各种化学原料和成品。
在城市水务系统中，管道输送用于供水和排水。
此外，管道输送也被应用于工业废水处理、食品工业等多个领域。
总之，管道输送是一种高效、经济的物流运输方式，基于压力差原理实现物体或流体的输送。
管道中的液体流动
管道中的液体流动管道中的液体流动是液体在管道中运动和传输的过程。
液体流动在日常生活和工业生产中起着重要的作用，涉及到很多领域，如供水、石油输送、化学工程等。
了解液体在管道中的流动规律，对于管道设计、操作和维护都具有重要意义。
一、液体流动的原理液体流动的原理主要涉及两个重要的物理学定律，即贯穿流方程和伯努利定律。
1. 贯穿流方程贯穿流方程是描述液体流动的基本方程之一，可以表示为：Q = Av其中，Q是液体的流量，A是流体通过管道横截面的面积，v是液体的流速。
贯穿流方程表明，在单位时间内通过管道单位面积的液体流动的体积等于液体的流速乘以管道的横截面积。
2. 伯努利定律伯努利定律是描述液体在流动过程中能量转换的定律，可以表示为：P + 1/2ρv² + ρgh = 常数其中，P是液体的压力，ρ是液体的密度，v是液体的流速，g是重力加速度，h是液体的高度。
伯努利定律表明，在液体流动中，液体的压力、速度和重力势能之间存在着相互转换的关系。
二、管道中的液体流动类型在管道中，液体的流动可以分为层流和湍流两种类型。
1. 层流层流是指液体在管道中呈现出规则的、无交错的流动状态。
在层流中，液体的流速是均匀的，流体粒子的速度分布呈现顺序排列，层与层之间不存在明显的混合和对流的现象。
层流具有流速低、流动平稳和粘性损失小等特点。
2. 湍流湍流是指液体在管道中呈现出不规则的、随机的流动状态。
在湍流中，液体的流速不均匀，流体粒子的速度呈现混乱的分布，存在着涡流和涡旋的运动。
湍流具有流速高、流动不稳定和粘性损失大等特点。
三、影响管道液体流动的因素管道液体流动受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 管道的几何形状管道的几何形状直接影响液体的流速和流量。
例如，管道的直径和长度会影响液体流动的阻力和压力损失，管道的弯曲和收缩等处会引起液体的湍流和涡流现象。
2. 液体的性质液体的粘度、密度和流变性质等都会对液体的流动特性产生影响。
管道输送原理
管道输送原理管道输送是一种常见的物质输送方式，它通过利用管道内液体、气体或固体的流动来实现物质的输送。
管道输送广泛应用于工业生产、城市供水、天然气输送等领域。
本文将介绍管道输送的基本原理和相关知识。
一、管道输送的基本原理管道输送是利用流体的动力学原理将物质从一处输送到另一处。
其基本原理可概括为三个方面：流体的动力学性质、管道的特性和输送系统的运行机制。
1. 流体的动力学性质管道输送的基础是流体的动力学性质，其中最主要的是液体和气体的运动规律。
液体在管道中的流动可分为层流和紊流两种状态，其分界点由雷诺数确定。
而气体在管道中的运动则受到气体性质、流量、流速和压力等因素的影响。
了解流体的动力学性质有助于优化管道系统的设计和运行。
2. 管道的特性管道在输送过程中扮演着重要的角色，其特性直接影响输送效率和能耗。
主要的管道特性包括管径、管壁摩擦、管道材质和管道布局等。
合理选择管道特性，减小摩擦阻力、降低能耗，能提高输送系统的效率和可靠性。
3. 输送系统的运行机制管道输送系统通常包括输送站、管道和控制装置等组成部分。
输送站用于将物料输入管道，并通过控制装置实现流量和压力的调节。
通过控制装置可以减小流体的波动和压力损失，保证系统的平稳运行。
此外，还需要考虑输送的物料特性、温度、粘度等参数的影响。
二、管道输送的应用领域管道输送广泛应用于各个领域，以下是其中几个常见的应用领域：1. 石油和天然气工业管道输送在石油和天然气工业中起到关键作用。
它们是将石油和天然气从生产地输送到市场的主要手段。
通过长距离的管道输送，可以将大量的石油和天然气快速、高效地运输到各地供应商和消费者。
2. 城市供水城市供水是管道输送的另一个主要应用领域。
通过将水源引入城市，并通过管道输送到各个家庭和机构，保障了城市居民的日常用水需求。
管道输送系统通常包括水源地的提取、水处理、储存和输送等环节。
3. 化工和制药工业在化工和制药工业中，管道输送被广泛应用于各种流体介质的输送。
第五章 液体在管道中流动的基础知识
第五章液体在管道中流动的基础知识（Basics of Hydraulic Flow in Pipes）5.1概述（INTRODUCTION）迄今为止我们还没有研究液体在管道中流动时由于摩擦而产生的能量损失的机理。
液体是直观的，像水和汽油，它们比像油液这样高粘度的液体容易流动。
流动的这个阻尼实质上是液体粘度的度量标准。
粘度越大的流体越不容易流动也就是流动所需的能量越大。
这些能量的减少是因为它散失成了热及代表了损耗的能量。
能量损失总是出现在被称为管接头的管道收缩部位，管接头是一个输送和控制液体的元件（与直管不同）。
例如阀、三通管接头、弯头和节流口。
通过管接头流动的路径性质确定了能量损失的多少。
一般来说，路径越弯曲，损失越大。
在许多液体传动的使用中，管接头造成的能量损失超过了管道中因粘性流动的损失。
在液压传动系统中所有的能量损失保持在最小的容许范围是非常重要的。
这要求适当选择组成系统的油管和管接头的尺寸。
通常，油管直径或管接头尺寸越小，损失越大。
虽然，使用大直径的油管和管接头会增大成本和占用更大的空间，因此，选择元件尺寸就意味着在能量损失和元件成本、占用空间之间的平衡。
油管和管接头的阻尼可以由根据实验得出的经验公式确定。
这些公式可以计算任何系统元件的能量损失。
伯努利方程和连续方程可以用来完成液压传动系统的分析。
这包括计算液压传动系统所有元件的压力降、流量和功率损失。
5.2 层流和紊流（LAMIMAR AND TURBULENT FLOW）我们在第3章中讨论液体在管道中流动时，假定在任何位置其速度都为一定值。
然而，当液体在管道中流动时，其与管壁接触的流层速度为0。
这是由于粘度，导致液体微粒粘着在管壁上。
流层的速度随着与管壁的距离的增大而提高，其最高速度出现在管道中心。
如右上图所示。
实际上，管道中的流动有两种基本形态，这取决于影响流动的不同因素。
1.层流：第一种形态称为层流，它表明液体以平滑层或薄片流动。
传输原理
绪论一：传输过程是动量传输、热量传输、质量传输过程的总称，简称“三传” 或者“传递现象”。
动量传输：垂直于流体流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。
热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移。
质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
传输过程的本质：传输过程是物质或能量从非平衡态到平衡态转移的物理过程。
是某物质体系内描述体系的物理量（如温度、速度、组分浓度等）从不平衡状态向平衡状态转移的过程。
平衡态概念——是指体系内物理量不存在梯度。
例如热平衡是体系内的温度各处均匀一致。
不平衡态概念——是体系内物理量存在梯度，这时物系内的物理量不均匀，就会发生物理量的传输传输原理主要研究传输过程的传递速率大小与传递推动力及阻力之间的关系。
二：金属加工成形的分类：热态成形——金属的成形过程，是在较高温度状态下，通过高温手段，使金属成形。
冷态成形——金属在常温下，使金属成形。
如：切削、冲压、拔丝。
三：金属热态成形的四种工艺（“三传” 现象广泛存在）1. 铸造：液态(或固液态)金属——注入模具中——降温、凝固。
2. 锻压：金属加热至塑性变形抗力小、但是仍然为固体的状态，采用锻打、加压手段，而获得一定的形状的工艺方法。
3. 焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使两工件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。
4. 热处理：热处理就是将工件通过热处理（高温加热，冷却速度不同）达到调整材质（如基体组织发生变化，硬度发生变化），以及削除应力。
⏹流体力学（Hydrodynamics）研究动量传输主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态；以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。
⏹传热学（Heat Transfer ）：研究热量传输主要研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递的规律。
⏹传质学（Mass Transfer ）：研究质量传输主要研究质量传递的有关理论。
管道流体原理
管道流体原理管道流体原理是液体或气体在管道中流动时所遵循的基本物理规律。
了解管道流体原理对于理解流体力学和管道工程至关重要。
本文将重点介绍管道内流体的基本特性和相关的流体力学原理。
一、背景介绍管道流体原理是研究液体或气体在管道中流动时的力学行为和特性的学科领域。
它对于管道工程的设计和优化起着重要的作用。
在工业、民用水务和能源领域，管道系统扮演着极其重要的角色，因此理解管道流体原理对于确保管道系统的安全和高效运行至关重要。
二、管道流体的基本特性1. 流体的运动状态：流体在管道中的运动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指流速较低且流体分子按规则顺序运动的状态，湍流是指流速较高且流体混乱运动的状态。
层流的特点是流体粒子之间无明显的交错或夹杂，而湍流则表现为流体粒子的混乱运动和不规则的涡流形成。
2. 流体的压力损失：由于摩擦阻力、管道的扩散和弯曲等因素，流体在管道中流动时会损失一定的压力。
压力损失可以通过流体力学公式计算得出，并且随着管道长度和流速的增加而增大。
3. 流速分布：在管道中，由于摩擦力的作用，流体的流速并不是均匀的。
通常情况下，管道中心位置的流速较快，而管道壁面附近的流速较慢。
三、流体力学原理1. 流量公式：流体在管道中的流量可以通过流体力学公式来计算。
根据质量守恒定律和连续性方程，流体的流量与流速和管道截面的面积有关。
通过流量公式，可以准确计算出流体在管道中的流量。
2. 流速-压力关系：根据伯努利方程，流体的流速和压力存在反比关系。
当流速增加时，压力将下降；而当流速减小时，压力将增加。
这一原理在管道系统的设计和运行中非常重要，可以用于控制流体的流速和管道的压力。
3. 管道摩擦阻力：管道内流体的摩擦阻力是流体在管道内摩擦作用的结果。
根据流体力学的公式，可以通过管道内壁面粗糙度、管道尺寸和流速等参数来计算摩擦阻力。
摩擦阻力不仅会导致压力损失，还可能对管道系统的能量消耗和维护造成影响。
总结：通过对管道流体原理的了解，我们可以更好地理解液体或气体在管道中的流动行为。
管道输送原理
管道输送原理管道输送是指通过管道将流体或气体从一个地点传送到另一个地点的过程。
它是现代工业中广泛采用的一种输送方式，具有高效、节能、安全等优点。
本文将介绍管道输送的原理以及与之相关的参数和常用设备，以便更好地理解和应用。
一、管道输送的原理管道输送的原理主要基于流体力学和能量守恒定律。
通过在管道中加压或抽真空，使流体产生压差，从而产生流动。
在管道中，流体会受到两个主要力的作用：压力力和摩擦力。
压力力使流体沿着管道方向流动，而摩擦力则会减缓流体的速度。
在管道输送中，流体的输送能力取决于以下几个因素：1. 管道的直径和长度：直径较大的管道可以承载更大的流量，而长度较长的管道则会增加摩擦和阻力，降低流量。
2. 流体的性质：不同的流体具有不同的物理特性，如密度、黏度等，这些特性将影响流体在管道中的流动速度和阻力。
3. 压力差：压力差越大，流体的流动速度越快。
压力差可以通过加压或抽真空来实现。
4. 管道的摩擦阻力：管道内壁的粗糙度和管道材料的摩擦系数将会影响流体的流动速度和阻力。
通过合理地选择管道的直径、控制流体的压力差和减小摩擦阻力，可以最大限度地提升管道的输送能力。
二、管道输送的参数与计算在管道输送中，有一些重要的参数需要考虑和计算，以确保流体可以顺利地从起点输送到终点。
1. 流量：流量指在单位时间内通过管道的体积或质量。
根据需要输送的流体类型和输送速度，可以计算出相应的流量。
2. 速度：速度是流体在管道中的流动速度，通常以米/秒（m/s）为单位。
根据管道的直径和流量，可以计算出流体的速度。
3. 压力：压力是指流体对管道壁施加的压力。
根据管道输送的要求，可以确定起点和终点的压力，从而计算出所需的压差。
4. 能耗：管道输送会存在一定的能耗，主要包括压力损失和摩擦损失。
通过合理设计管道，可以减小能耗，提高能源利用效率。
以上参数可以通过流体力学和管道设计的公式进行计算，以便为实际的管道输送工程提供依据。
三、管道输送的常用设备为了实现高效、安全的管道输送，通常需要借助一些常用的设备。
管道中的流体力学
管道中的流体力学流体力学是研究流动物理性质和规律的学科，它涉及了液体和气体在各种条件下的行为和相互作用。
流体力学的研究对于各个领域都具有重要的意义，包括航空、航天、海洋、能源等等。
本文将介绍流体力学的基本概念、原理以及其在实际应用中的重要性。
流体力学的研究对象是流体，它包括了液体和气体两种态态。
与固体不同，流体的分子在没有外力作用下可以自由移动，流体的形状和体积可以随着外界条件的变化而发生变化。
流体力学主要研究流体的运动，力学性质和运动规律。
在流体力学的研究中，有两个基本的守恒定律：质量守恒和动量守恒。
质量守恒是指在封闭系统中，流体的质量不会消失或增加，只会发生流动和转变。
动量守恒是指在流体中，流体的动量在没有外力作用下是守恒的，即动量的增加必然导致其他地方的动量减少。
流体的流动可以通过流速和流量来描述。
流速是指流体在给定的时间和空间内通过某个特定区域的速度。
流速与流量有关，而流量则是指流体通过单位时间内某个特定截面的体积。
流速和流量的计算是流体力学中的基本问题之一，在实际应用中有着广泛的应用。
流体力学研究中的一个重要概念是雷诺数（Reynolds number），它用于描述流体中惯性力和粘性力之间的比例关系。
当雷诺数较小时，粘性力比惯性力更显著，流体呈现出稳态流动的特性。
当雷诺数较大时，惯性力起主导作用，流体呈现出紊乱流动的特性。
流体力学在现代科学技术中的应用广泛。
在航空领域，流体力学的研究对于飞机的设计和改进至关重要。
在航天领域，流体物理乃至血液循环系统都需要借助流体力学的原理进行研究。
在海洋工程领域，流体力学的研究对海洋结构物的设计和海洋环境的保护具有重要意义。
此外，流体力学还在能源领域发挥着关键作用。
在火力发电、水力发电和核能发电等领域，流体力学被用来研究流体在管道中的流动，以提高能源的传输效率和安全性。
总之，流体力学是一个研究流体行为和相互作用的学科，它在科学技术的各个领域都有着广泛的应用。
流体传输管道动力学
流体传输管道动力学流体传输管道动力学是研究流体在管道中运动过程的一门学科，它涉及到流体力学、热力学和流体力学等多个领域。
在工程实践中，流体传输管道动力学的研究对于设计和操作管道系统具有重要意义。
管道中的流体运动是由于压力差而产生的。
在流体传输管道中，流体从高压区域流向低压区域，这种运动过程是由于压力差引起的。
流体在管道中的运动过程中，会受到多种力的作用，包括压力力、重力、阻力等。
这些力的作用会影响流体的速度、流量和压力等参数。
在流体传输管道中，流体的速度是一个重要的参数。
速度的大小与管道直径、流量和流体性质等因素有关。
流体的速度越大，流体对管道壁的冲击力就越大，从而增加了管道的磨损和破坏的风险。
因此，在设计管道系统时，需要合理选择管道直径和控制流体的流速，以确保管道的安全运行。
流体在管道中的运动还会产生摩擦力和阻力。
摩擦力是由于流体与管道壁之间的摩擦而产生的，它会减缓流体的运动速度。
阻力是由于流体流动时与周围介质的摩擦力和阻力所产生的，它会使流体的速度降低。
在设计管道系统时，需要考虑流体的摩擦力和阻力对管道的影响，以确保流体能够顺利地流动。
流体传输管道中还存在着压力损失的问题。
当流体在管道中流动时，会因为摩擦力和阻力的作用而导致压力的损失。
压力损失会使流体的速度降低，从而影响流量和输送能力。
因此，在设计管道系统时，需要合理选择管道材料和管道长度，以减小压力损失。
除了以上因素外，流体传输管道还需要考虑流体的温度和压力等参数。
流体的温度和压力会影响流体的密度和黏度，从而影响流体的流动特性。
在设计管道系统时，需要根据流体的温度和压力要求，选择合适的管道材料和管道尺寸，以确保流体能够正常流动。
流体传输管道动力学是一门涉及流体运动、压力损失和流体特性等多个方面的学科。
在设计和操作管道系统时，需要考虑多种因素，以确保管道的安全运行和流体的正常传输。
流体传输管道动力学的研究在工程实践中具有重要意义，它为管道系统的设计和操作提供了理论基础和技术支持。
环境工程原理基础五动量传递
导流体柱向前运动的压力 ( p1
p2
)
d
4
2
，此力与流动方向相同；另一个是流体
的内摩擦力 sdl ，其中 s 为壁面剪切应力，内摩擦力阻止流体的向前流动，
其方向与流动方向相反。这两个力在数值上相等，即
( p1
p2
)
d
4
2
sdl
或
p1
p2
4l d
s
（5.5.1）
根据伯努利方程，对于截面 1－1 和截面 2－2 之间，有
环境工程原理基础
第五章 动量传递
流体输送、流体中颗粒的分离、流体均布、流体的搅拌等
传递过程大多是在流体流动的状态下进行的，流体的动量传 递与热量和质量的传递具有非常密切的关系，因此动量传递 的理论是研究热量传递和质量传递的基础
动量传递、热量传递和质量传递的规律具有类似性，掌握 动量传递规律研究的方法和手段，对于传热、传质的学习 将非常重要。
根据平均流速的定义，得
r04 dp
um
Vs A
8 dl r02
1
8
dp dl
r02
（5.5.12）
将式（5.5.12）代入式（5.5.11），得
Vs
r02
2
umax
比较（5.5.9）、（5.5.12）两式，得
um
umax 2
（2）阻力损失
dp 8um dl
r02
将上式在 1－1 截面和 2－2 截面之间进行积分，两截面上
0.376
x
Re
1/ x
5
Re x 为以坐标x为特征长度的雷诺数，称为当地雷诺数。
• 通常，边界层的厚度约在10－3m的量级
水在水管中的流动原理
水在水管中的流动原理水是地球上最常见的物质，也是生命的重要组成部分之一。
在日常生活中，我们经常接触到水管，这是一种方便快捷的水流输送方式。
那么，水在水管中是如何流动的呢？水在水管中流动的原理主要涉及到两个方面：压力和流量。
当水从水源处被输送到水管中时，它在管道内部受到了一定的压力，因此可以向前流动。
而水的流动速度则由输入到水管中的流量和管道内部的阻力决定。
首先，我们来看一下压力对水的流动产生的影响。
在水管输送水时，水从高压到低压流动。
水源处往往通过水泵或自然重力提供水的压力，这种压力被称为“入口压力”。
当水进入水管后，管道内的阻力会使水的压力下降，这种压力下降被称为“损失压力”。
因此，水管中水流的压力随着距离的增加逐渐降低。
如果管道内的压力太低，水流就会停止流动。
除了压力，水在水管中的流量也会影响水流的速度。
流量是指单位时间内通过某一断面的水的体积。
在水管中，流量为单位时间内通过的水量，单位通常为升每秒（L/s）或立方米每小时（m³/h）。
水流通过管道时，管道内壁的摩擦力会产生阻力。
流量的大小取决于管道内径、水压和阻力等因素。
流量和压力的关系可以用流量方程式来表示:Q=Av其中，Q是流量，A是管道截面积，v是水流速度。
因为A和v都是变量，所以通过这个方程式可以计算出管道中水流的流量。
这个方程式也说明了，当水流速度增加时，流量也会增加。
但当管道内径变小或流动阻力增加时，流量会减小。
另外，管道内的水流速度也会受到水流中的湍流的影响。
湍流产生的原因是流动中产生的涡流。
当水流速度超过一定大小时，水分子之间的相互作用力和流体内部的涡流相互作用，引发了湍流。
湍流会使水流速度变得不稳定，增加管道内的阻力，进一步降低了水流量。
在水管中的流动过程中，还存在着一些其他的因素对水流的速度产生影响，如管道的弯曲度、水质的影响等。
在实际应用过程中，需要根据具体情况来选择合适的管道和设计方案，以保证水流的稳定流动和质量安全。
管道输送原理
管道输送原理管道输送是一种常见的物流运输方式，广泛应用于石油、天然气、水、液体化工品等行业。
管道输送的原理是基于流体力学和压力传递的。
一、管道输送流体力学原理管道输送的基本原理是通过某种介质（例如液体或气体）在管道中的流动，将物质从起点输送到终点。
在流体力学中，液体和气体的流动可以由连续介质流动方程来描述。
对于液体流动来说，一个重要的流动方程是连续方程，即质量守恒定律，它表达了液体流量的稳定性，即在某一截面上的进出流量必须保持平衡。
而对于气体流动来说，连续方程同样适用。
除了连续方程外，还有能量方程和动量方程。
能量方程描述了流体在输送过程中的能量变化，而动量方程则描述了流体在管道中的动量传递。
这两个方程的应用使得我们能够更好地理解管道输送过程中的能量消耗、压力损失以及流速变化等现象。
二、管道输送压力传递原理管道输送中液体或气体的压力传递主要依靠两个原理：一是液体或气体的压力是由于重力或外界施加的压力而产生的；二是液体或气体在管道中的流动会由于阻力而产生压力损失。
首先，液体或气体的压力是由于其本身的质量受到地球引力或其他外界压力的作用而产生的。
根据帕斯卡定律，液体或气体在密闭容器中的压力是均匀的，所以在管道输送过程中，液体或气体的压力可以被均匀地传递和分布。
其次，液体或气体在管道中的流动会遭受到摩擦力和阻力，从而产生压力损失。
摩擦力主要是由于管道壁面与流体之间的摩擦引起的，而阻力则是由于流体通过管道时与管道内壁碰撞引起的。
压力损失的大小取决于流体的流速、管道直径、管道材料以及管道长度等因素。
综上所述，管道输送的原理是基于流体力学和压力传递的。
通过合理设计管道的直径、长度和材料，以及控制管道内的流速，可以最大程度地减小压力损失，提高输送效率。
三、管道输送的优势与应用1. 高效性：管道输送可以实现连续、稳定的物质输送，大大提高了输送的效率和准确性。
2. 经济性：相较于其他运输方式，管道输送具有较低的运输成本，可以节省能源和人力资源。
流体在管道中的流动PPT幻灯片课件
•
de=4R=4×0.173=0.693m
•
V=Q/A=0.2/0.48=0.417m/s
10
材料工程基础
• 矩形 a·3a=3a2=0.48m2 a=0.4m b=1.2m
R ab 0.48 0.15 m 2(a b) 2 1.6
• de=4×0.15=0.6m V=Q/A=0.417m/s
则
hf
p1 p2
g
测压管中的水柱高差△Ｐ即为有效截面1-1和2-2 间的压头损失。
14
材料工程基础
图４-３ 水平等 直管道中水头损失
15
材料工程基础
伯努利(能量)方程实验
16
材料工程基础
【例4-1】 管道直径 d 100mm，输送水的流量 qV 0.01
m3/s，水的运动黏度 1106 m2/s，求水在管中的流动状 态？若输送 1.14104 m2/s的石油，保持前一种情况下的流 速不变，流动又是什么状态？
6
材料工程基础
４.１.２ 雷诺数
流体的流动状态与流速、管径和流体的黏性等物理性质有关。
uc d
引入比例系数 Rec
uc Rec d Rec d 或
Rec
ucd
Rec 称为临界雷诺数，是一个无量纲数。
7
材料工程基础
流体在任意形状截面的管道中流动时，雷诺数的形式是
Re ude
材料工程基础
第四节 流体在管道中的流动 一维定常流动
4.1 流体的两种流动状态 4.2 圆管中流体的层流流动 4.3 圆管中流体的紊流流动 4.4 流动阻力损失 4.5 管路计算
1
管道内的流动
道内的阻力，提高流动效率。
能耗优化
优化泵的选择
根据实际需求选择合适型号和参数的泵，可以更有效地利 用能源，降低能耗。例如，选择高效率、低能耗的泵，根 据实际流量和扬程需求进行泵的选型计算。
流体输送优化
通过优化流体的输送方式，降低能耗。例如，采用变频调 速技术，根据实际需求调整泵的运行速度；采用无泄漏的 密封技术，减少流体泄漏造成的能耗损失。
流动阻力
摩擦阻力
流体在管道内流动时，由于流体 与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
局部阻力
由于流体在管道内流动过程中受到 管道形状、大小和方向的变化而产 生的阻力。
速度阻力
由于流体在管道内流动速度的变化 而产生的阻力。
03 管道流动的数学模型
连续性方程
总结词
连续性方程描述了流体在管道内流动时质量守恒的规律。
油气管道运
01
油气管道运输是管道内流动的另一个重要应用，它用于将石油和天然 气从产地输送到消费地。
02
油气管道运输具有高效、安全、环保等优点，能够实现大规模的能源 输送。
03
油气管道运输需要考虑到管道的材质、防腐、地形、地质等多种因素， 以确保运输的安全和可靠性。
04
油气管道运输的管理和维护也需要定期进行，包括管道检测、设备维 护和应急处理等，以确保运输的安全和稳定。
忽略流体粘性和压缩性的 影响，适用于高速流动或 粘性较小的流体。
粘性流体模型
考虑流体粘性影响，适用 于低速流动或粘性较大的 流体。
压缩性流体模型
考虑流体压缩性影响，适 用于可压缩流体或压力变 化较大的情况。
02 流体动力学
流体特性
连续性
压缩性
粘性
流体在管道内流动时， 其质点是连续的，没有
传输原理 5 管道中的流动57页PPT
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
传输原理 5 管道中的流动
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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d2
0.3
2
5.2 湍流的流动
一、临界雷诺数
• 雷诺通过圆管内的黏性流动实验，发现一定条件下层 流转化为湍流的控制因素是雷诺数Re。由层流转变为 湍流的雷诺数称为临界雷诺数Recr，它不是一个固定 的值，依赖于外部扰动的大小。
• 实验证明：Recr的下界约为2000。 Re<2000时，层流状态
Re>2000而小于某一上界时，共存或间隙发生
论管内流动的速度分布、流量及阻力。
根据流场边界是轴对称的特点，取柱坐标系(r, θ, x)的x 轴与管轴重合，如图所示。
(1) 速度分布 柱坐标系中的纳维-斯托克斯方程公式可简化为：
1 r
d dr
r
dx
dr
1
dP dx
5.1 圆管中的层流流动
• 将上式两边对r积分，得：
R2
P
8 L
R2
m
1 2
x
max
• 可见，圆管层流流动的平均速度是最大速度的一半。
5.1 圆管中的层流流动
(3) 阻力及阻力系数
• 管内层流剪应力分布为：
P r
r 2L
• 在管轴r=0上，τ =0 ；在管壁上达到最大值τ0 ：
0
P 2L
R
• 由于长度为L的圆管对流体的摩擦阻力F与两截面上压 力差的合力之间相互平衡，即流体流经L长度圆管所克 服摩擦阻力F，其动力来源于压力降△P，因此
• 对于圆管内的层流，入口段的长度由下式近似给出
L 0.057Re d
5.2 湍流的流动
三、湍流的描述
• 右图表示管道中某 点的轴向速度随时 间的变化曲线。
• 研究思路：把湍流 场可看成是统计平均场和随机脉动场的叠加，然后应 用统计平均的方法，从纳维-斯托克斯方程出发研究平 均运动的变化规律。
dP P dx L
5.1 圆管中的层流流动
• 速度分布可改写为：
x
1
4
P L
R2 r2
• 在管轴r=0处，速度达到最大值：
x max
P
4L
R2
• 这样，公式还可以表示成：
x
xmax
1
r2 R2
• 从上式可见，圆管内层流流动的速度分布也是抛物型的 (回转抛物面)，它称为圆管中的泊松(Poiseuille)流。
Re大于某上界时，完全发展的湍流
• 从空间角度看，即使Re >Recr，在管内中心沿流动方向 也存在着层流区、过渡区和湍流区。
5.2 湍流的流动
二、充分发展流
• 无论层流还是湍流， 都假定流体充满圆管 的整个截面。在实际 管道中，从入口处开
始，流动有一个逐渐发展的过程。如图所示，假设均 匀流进入直径为d的直圆管。将入口至边界层汇合这一 段称为入口段，其长度为L，而充分发展流是层流还是 湍流则取决于雷诺数。
• 对于管内某点的轴向瞬时速度，其时间平均值定义为
xm
x,
y,t0 t1
x
t0
x,
y,
z,t
dt
5.2 湍流的流动
• 引入平均值后，瞬时物理量可表示成：
x xm x' , y ym y' , z zm z' , P Pm P '
• 根据平均值的定义公式，脉动值的均值应为零，即：
' xm
0,
' ym
0,
' zm
0,
Pm' 0
• 以平均速度为υm的均匀来流(湍流)为例，定义为湍流度 ε为：
1
m
' x
2
' y
2
' z
2
• 流体流动状态的变化，与来流的Re数，来流的湍流度、 壁面粗糙度以及外部主流的压力梯度等有关。
5.2 湍流的流动
x
1
4
dP dx
r2
c1 ln r
c2
• 由于在r=0处，υx为有限值，因此c1=0。c2由边界条件：
r=R，υx=0来确定，因此 • 于是，管内速度分布为：
c2
R2
4
dP dx
x
1
4
dP dx
R2 r2
• 若考虑长度为L的一段管道，设上游截面1与下游截面2
之间的压力差为△P=P1-P2>0，则
解：首先判断流动是层流还是湍流。
m
Q A
41103
0.32
0.58m/s
4
Re md 850 0.58 0.3 1479 2300 因此属于层流。
0.1
64 64 0.0433
Re 1479
P L m2 0.0433 3000 850 0.582 61906 Pa
第五章 管道中的流动
第五章 管道中的流动
• 5.1 圆管中流体的层流流动 • 5.2 湍流的流动 • 5.3 普朗特混合长度理论 • 5.4 圆管内湍流速度分布 • 5.5 圆管内的摩擦阻力系数 • 5.6 气体通过固体散料层的公式 • 5.7 管路计算
5.1 圆管中的层流流动
• 有一半径为R的无限长 直圆管，不可压黏性流 体在压力梯度dP/dx的 作用下作定常直线层流 运动。设圆管水平放置， 忽略质量力，现讨
P L m2
d2
h f
P
L m2
d 2g
0
1 8
m2
•
对于层流可得：P
8 Lm
R2
64
md
L d
m2
2
λ = 64 Re
其中Re
md
是对于圆管直径和平均速度而言的雷诺数。
5.1 圆管中的层流流动
• [例题1] 设有μ=0.1Pa·s，ρ=850 kg/m3的油，流过 长为L=3000m，直径d=300mm的铸铁管，流量 Q=41×10-3 m3/s。试求摩擦压力损失△P。
5.1 圆管中的层流流动
(2) 流量与平均流速
• 通过圆管的体积流量为：
Q
R
0 x 2 rdr 2xmax
R
0
1
r2 R2
rdr
R2
2
x max
或 Q R4 P 泊松定律 8 L
• 根据流量Q可以求出圆管截面上的平均流速υm：
m
Q
F 0 2 RL R2P
5.1 圆管中的层流流动
• 考虑到直径d=2R，定义λ为圆管的摩擦阻力系数，也称 沿程阻力系数：
4F 0 P
1 2
m2
Ld
1 8
m2
L d
1 2
m2
• 在得到阻力系数λ后，流动的压力降△P、沿程损失△hf =△P/γ和壁面剪应力分别给出如下：