化工基础实验 流体流动型态及临界
化工原理—第一章流体流动
化工原理—第一章流体流动流体流动是化工工程中的重要内容之一，是指在一定的条件下，流体沿特定的路径进行移动的现象。
流体流动在化工工程中有着广泛的应用，例如在管道输送、搅拌、混合、分离等过程中都会涉及到流体的流动。
流体流动的研究内容主要包括流体的运动规律、流体的运动特性以及流体流动对设备和工艺的影响等方面。
在化工原理中，主要关注的是流体的运动规律和运动特性，以便更好地了解流体的性质和行为。
在理解流体流动性质前，首先需要了解流体分子的间隙结构。
一般来说，液体的分子之间距离较小，存在着较强的分子间吸引力，因此液体的分子有较强的凝聚力，可以形成一定的表面张力。
而气体的分子之间距离较大，分子间的相互作用力比较弱，因此气体的分子呈现无规则的运动状态。
流体流动有两种基本形式，即连续流动和非连续流动。
连续流动是指流体在管道或通道内以连续的形式流动，比较常见的有层流和湍流两种形式。
层流是指流体在管道中以层层相叠的方式流动，流速和流向都比较均匀，流线呈现平行或近似平行的形式。
层流特点是流动稳定，流速变化不大，并且流体分子之间相互滑动。
而湍流是指流体在管道中以旋转、交换和混合的方式流动，流速和流向变化较大，流线呈现随机分布的形式。
湍流特点是流动动荡，能量损失较大，并且流体分子之间会发生相互的碰撞。
流体流动的运动规律受到多种因素的影响，其中包括流体的黏度、密度、流速、管道尺寸、摩擦力等。
黏度是流体流动中的一个重要参数，它反映了流体内部分子之间相互作用的强度。
密度是流体流动中的另一个重要参数，它反映了单位体积内流体分子的数量。
流速是指流体单位时间内通过其中一横截面的体积。
流体流动对设备和工艺的影响也十分重要。
例如在管道输送过程中，流体的流速和流体动能的传递与损失会影响到输送效果和能耗；在搅拌过程中，流体的流动对传质和传热起着重要作用；在分离过程中，流体的流动会影响到分离设备的设计和操作。
因此，对流体流动的研究和掌握对于化工工程的设计和操作都具有重要意义。
化工原理管内流体流动现象
二、边界层的分离
B
A
S
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。
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。
f ( p,T )
液体 : f (T ) T ↑ → ↓ 气体 : 一般 f (T ) T ↑ → ↑
超高压 f ( p,T ) p ↑ → ↑
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
3.运动粘度
管截面上的平均速度 :
R.
u VS A
0
u 2rdr R 2
1 2
umax
层流流动平均速度为管中心最大速度的1/2。
u ( p1 p2 ) R2
8l
u ( p1 p2 ) R2
8l
p1
p2
8lu
R2
32lu
d2
哈根－泊谡叶方程
（3）
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。
湍流速度分布 的经验式：
.
u
umax1
r R
n
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，
即流速降为主体流速的99％以内的区域。
边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。
流体在平板上流动时的边界层：
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。
化工原理之流体流动概述
化工原理之流体流动概述引言流体流动是化工领域中至关重要的一部分，它涉及到许多的应用，比如管道输送、泵的设计、混合和分离等等。
在化工工程中，流体的流动特性对于工艺的操作和效率至关重要。
本文将简要介绍化工原理中流体流动的概念、分类、流动参数以及相关的实际应用。
流体的定义流体是指无固定形状和容积，可以流动的物质。
在化工领域中，常见的流体包括气体和液体。
与固体不同，流体具有较弱的分子间相互作用力，因此可以在容器内自由地流动。
流体流动的分类根据物质流动的性质，流体流动可以分为稳定流动和非稳定流动。
稳定流动是指流体在相同截面上的流速分布保持恒定，其特点是流速和流量均随位置不变。
非稳定流动则相反，流速和流量随位置而变化。
另外，流体流动还可以分为层流和湍流。
层流是指流体沿着平行层面流动，并且每一层内的流速分布保持均匀。
在层流中，不同层之间的流体不相互混合。
湍流则是指流体流动时出现的紊乱不规则的状态，流速分布不均匀且经常发生变化。
流体流动的参数对于流体流动的描述，常用的参数包括流速、流量、雷诺数和黏度等。
流速流速是指流体在单位时间内通过某一截面的体积。
流速可以通过体积流量和截面积之间的关系计算得出。
流量流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积。
它可以通过以下公式计算：流量 = 流速 × 截面积雷诺数雷诺数是判断流体流动状态的重要参数，它描述了流体内部的分子相互作用和流体流动的惯性之间的比例关系。
当雷诺数小于临界值时，流体流动属于层流状态；当雷诺数大于临界值时，流体流动属于湍流状态。
黏度黏度是流体流动性质的重要指标，它表示流体内部分子之间黏附力的大小。
黏度越大，流体的粘稠度就越高，流动阻力也越大。
在化工工程中，黏度是设计和操作过程中需要考虑的一个重要参数。
流体流动的应用流体流动在化工工程中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：管道输送在化工领域中，流体常常需要从一个地方输送到另一个地方。
管道输送是一种常见的方法，通过合理地设计管道系统、选择适当的泵和控制流量，可以实现高效、稳定的流体输送。
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理中的流体流动是一个非常重要的概念，它涉及到化工工艺中许多关键环节，如管道输送、反应器内流动、搅拌反应等。
流体流动的研究不仅可以帮助我们更好地理解化工过程中的现象，还可以指导工程实践，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文将从流体流动的基本原理、流体力学方程、流体流动的类型以及流动特性等方面进行探讨。
首先，我们需要了解流体流动的基本原理。
流体力学是研究流体静力学和动力学规律的学科，其中流体流动是动力学的重要内容。
流体流动的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等。
质量守恒原理指出在流体流动过程中，单位时间内通过任意截面的流体质量不变；动量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的动量不变；能量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的能量不变。
这些基本原理为我们理解流体流动提供了重要的理论基础。
其次，我们需要了解流体力学方程。
流体力学方程是描述流体运动规律的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体的质量守恒规律，动量方程描述了流体的动量守恒规律，能量方程描述了流体的能量守恒规律。
通过这些方程，我们可以定量地分析流体流动的特性，为工程设计和优化提供依据。
接下来，我们需要了解流体流动的类型。
根据流体的性质和流动状态，流体流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内沿着同一方向以相对较小的速度均匀流动的状态，流线呈直线状并且不会相互交叉。
湍流是指流体在管道内以不规则的、混乱的方式流动的状态，流线呈曲线状并且会相互交叉。
不同类型的流体流动具有不同的特性，需要采用不同的方法进行研究和控制。
最后，我们需要了解流体流动的特性。
流体流动的特性包括速度分布、流动阻力、流体混合等。
速度分布描述了流体在管道内的速度分布规律，可以通过实验和模拟计算进行研究。
流动阻力是指流体在管道内流动时受到的阻力，它与管道的几何形状、流体的黏度等因素有关。
流体混合是指不同流体在管道内的混合过程，它对于化工反应器内的反应效果具有重要影响。
流体流动形态实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过观察和分析流体在不同条件下的流动形态，了解层流、湍流和过渡流的特点，掌握判断流体流动形态的方法，并验证雷诺数在判断流体流动形态中的作用。
二、实验原理流体在管道中的流动形态分为层流、湍流和过渡流三种。
层流是指流体流动时，各层之间没有横向混合，流体质点沿直线运动；湍流是指流体流动时，各层之间发生横向混合，流体质点运动速度和方向不断变化；过渡流是指层流和湍流之间的不稳定流动状态。
雷诺数（Re）是判断流体流动形态的重要参数，其计算公式为：Re = (ρ v d) / μ其中，ρ为流体密度，v为流体流速，d为管道直径，μ为流体动力粘度。
当Re < 2000时，流体呈层流；当2000 < Re < 4000时，流体呈过渡流；当Re > 4000时，流体呈湍流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：流体流动形态实验装置、流量计、压差计、计时器、秒表、温度计、水表等。
2. 实验材料：清水、空气、油等。
四、实验步骤1. 将实验装置连接好，确保管道密封性良好。
2. 打开水源，调节流量，使流体在管道中流动。
3. 使用流量计和压差计测量流体流速和压差。
4. 根据测量结果计算雷诺数。
5. 观察流体流动形态，判断其属于层流、湍流还是过渡流。
6. 重复步骤2-5，分别改变流量、温度、管道直径等条件，观察流体流动形态的变化。
五、实验结果与分析1. 在低流速、小直径管道中，流体呈层流。
此时，流体质点沿直线运动，各层之间没有横向混合。
2. 在高流速、大直径管道中，流体呈湍流。
此时，流体质点运动速度和方向不断变化，各层之间发生横向混合。
3. 在中等流速、中等直径管道中，流体呈过渡流。
此时，流体流动形态不稳定，介于层流和湍流之间。
通过实验，验证了雷诺数在判断流体流动形态中的作用。
当雷诺数小于2000时，流体呈层流；当雷诺数大于4000时，流体呈湍流；当雷诺数介于2000和4000之间时，流体呈过渡流。
化工原理流体流动总结
化工原理流体流动总结1. 引言流体流动是化工过程中一个非常重要的基本行为，对于化工工程师来说，了解流体的流动规律和特性是非常关键的。
本文将对化工原理中流体流动的一些基本原理进行总结和概述。
2. 流体的基本性质在研究流体流动之前，我们首先需要了解流体的基本性质。
流体是一种物质状态，具有两个基本特征：能够流动和没有固定形状。
流体可以分为液体和气体两种，液体的分子之间存在着较强的分子间吸引力，而气体的分子间距离较大，分子间作用力相对较弱。
3. 流动的基本原理流动涉及到流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理。
3.1 流量和流速流量是指单位时间内流体通过某一横截面的体积或质量的多少，通常用符号Q表示。
流速是指单位时间内流体通过一个给定横截面的速度，通常用符号v表示。
流量和流速之间的关系可以用以下公式表示：Q = Av其中，A表示横截面积。
3.2 流体的连续性方程流体的连续性方程是质量守恒的基本原理，它表明流体在任意给定的流管截面上，流入该截面的质量等于流出该截面的质量。
连续性方程可以用以下公式表示：ρ1A1v1 = ρ2A2v2其中，ρ是流体的密度，A是截面积，v是流速。
3.3 流体的动量方程流体的动量方程描述了流体内部压力、速度和力的关系。
动量方程可以用以下公式表示：Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 - 1/2ρv2^2 = ∑F其中，Δp是压力变化，ρ是流体的密度，g是重力加速度，Δh是高度变化，v1和v2是流体在不同位置的速度，∑F表示所有外力的合力。
3.4 流体的能量方程流体的能量方程描述了流体内部压力、速度和能量的关系。
能量方程可以用以下公式表示：Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 + P1 - 1/2ρv2^2 - P2 = ∑H其中，P是流体单位体积的压力，Δp是压力变化，ρ是流体的密度，g是重力加速度，Δh是高度变化，v1和v2是流体在不同位置的速度，∑H表示所有外力对流体做的工作。
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理是化学工程领域的基础，其中包括了化工原理流体流动。
通过深入理解和掌握流体流动的原理，我们可以更好地设计、优化和控制化工流程的运行。
本文将介绍流体流动的基本概念、流体的运动方式、流场的描述和流体运动的控制等内容。
一、流体流动的基本概念流体是指能够流动的物质，包括了气体和液体。
流体流动是指流体在空间或管道中的运动过程。
在流体流动中，流体分子与周围分子不断碰撞，产生微小的能量转移和动量转移，从而引起流体的整体运动。
流体流动可分为定常流、非定常流和稳定流等几种类型。
其中，定常流指的是流动过程中各种物理量（如质量、能量、动量等）随时间不变的情况；非定常流则与定常流相反，各种物理量会随时间或空间变化；稳定流是指虽然物理量会随时间变化，但整个流动过程仍然是稳定的，即不出现突然的萎缩或涌流等现象。
流体流动过程中会出现速度、压力、密度等物理量的变化，这些变化可用流体力学方程式来描述和计算。
其中，质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律是描述流体流动的基本方程式。
二、流体的运动方式流体的运动方式包括了分子运动、分子间相互作用和运动量转移等几种。
在分子运动方面，气体分子之间距离较大，运动自由度高；而液体分子之间距离较近，分子运动更加有限。
流体的运动始终与分子相互作用有关。
在空气中，分子间间隔很大，因此分子之间的相互作用不太重要。
但在液体中，分子之间的相互作用较为紧密，从而导致液体的可压缩性低于气体。
在运动量转移方面，流体运动时会发生质量、能量和动量的转移。
其中，质量转移是指流体中的物质在空间中的传递过程，能量转移则是指流体在不同地点和不同形态之间转移热能，而动量转移则是指流体分子的运动量在不同地点之间的转移。
三、流场的描述流场是指流体的物理状态和运动状态。
在流动过程中，流体分子会产生不同的物理量变化，因此需要对流场进行描述。
在描述流场时，可使用不同的数学工具和方法。
其中，流线、等势线、流函数、速度势和压力势是比较常用的方法。
化工基础 流体流动
化工基础
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边界层的形成
流体流入管中时，边界层并不是一进管口就出现，而是进入管 口后逐渐形成的。
从管口到形成边界层所经历的管长称为稳定长度，此长度与管 的形状，管壁粗糙程度，雷诺数等因素有关。
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2013-3-4
第二章 流体的流动与输送
14
化工基础
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当量直径
对于非圆管导管，计算Re数值时，应当用当量直径de代替特 征数中的直径d，当量直径定义为：
流体流过的横截面积 de 4 流体润湿的周边
环形流道的当量直径为：
(d d ) / 4 de 4 d d d d ) （
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第三节 实际流体的流动
实际流体由于有粘性，管截面上流体质点的速度分布 是不均匀的从而引起能量的损失
一、牛顿型流体的粘性
1、粘度 流体流动时产生内摩擦力的性质，称为粘性。 流体粘性越大，其流动性就越小。从桶底把一桶甘 油放完要比把一桶水放完慢得多，这是因为甘油流 动时内摩擦力比水大的缘故。
第二章 流体的流动与输送
20
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滞流内层的作用
滞流内层虽然很薄，但却是传热传质阻力的主要来源。 Re越小，滞流内层越厚，传递过程阻力越大。
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预习复习系统
实验目的和内容 实验原理 实验装置图 实验步骤 注意事项 思考题
一、实验目的和内容
1.实验目的
(1)观察流体流动过程的不同流型 及其转变过程；
(2)测定流型转变时的临界雷诺数。 2.实验内容
测定临界雷诺数。
二、实验原理
经许多研究者实验证明：流体流动存 在两种截然不同的形态，主要决定因素为 液体密度和粘度、流体流动的速度，以及 设备的几何尺寸（在圆形导管中为导管直 径）。将这些因次整理归纳为一个无因次 数群，称该无因次数群为雷诺准数（或雷 诺数）。
Reห้องสมุดไป่ตู้ dw
当Re≤2 000，流体流动形态为 滞流； 当 Re≥4 000时，流体流动形态 为湍流； 而当2000＜Re＜4000时，流 体的流动则认为处于一种过渡状 态，可以是滞流，也可以是湍流， 取决于流动的外部条件。
三、实验装置
四、实验步骤
1.开启进水阀,使高位槽充满水,使高位槽中有 溢流。
2.开启排水阀和墨水阀，将流量调至最小。 3.逐渐开大排水阀，观察红墨水的流动状况， 并将现象记入表中，并记录水的温度和流量。
4.继续开大排水阀，到使红墨水与水迅速均匀 混合，并记录水的温度和流量。
5.实验反复进行5-6次，以获取准确的数据。 6.关闭墨水阀，关闭泵。
五、注意事项
1.实验过程中保持高位水槽中的水 位恒定。
2.随着水流量的增大，需相应地细 心调节红墨水的注射流量。
3.数据处理时，转子流量计需要进 行校正。
六、思考题
1.流体的流动类型与雷诺数有什么关 系？ 2.为什么要研究流体的流动类型？它 在化工中有什么意义？