化工原理第一章流體流動(dòng)第一節(jié)概述

流體是指具有流動(dòng)性的物體，包括液體和氣體。研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)宏觀規(guī)律的科學(xué)稱為流體力學(xué)。流體力學(xué)分為流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)?；どa(chǎn)中所處理的原料、中間體和產(chǎn)品，大多數(shù)是流體。按生產(chǎn)工藝要求，制造產(chǎn)品時(shí)往往把它們依次輸送到各設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行藥物反應(yīng)或物理變化，制成的產(chǎn)品又常需要輸送到貯罐內(nèi)貯存。過程進(jìn)行的好壞、動(dòng)力消耗及設(shè)備的投資都與流體的流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。在化工生產(chǎn)中，有以下幾個(gè)主要方面經(jīng)常要應(yīng)用流體流動(dòng)的基本原理及其流動(dòng)規(guī)律。第一節(jié)概述一、流體的輸送欲將流體沿管道進(jìn)行輸送，需選擇適宜的流動(dòng)速度，以確定輸送管路的直徑。在流體的輸送過程中，常常要采用輸送設(shè)備，因此需要確定流體在流動(dòng)過程中應(yīng)加入的外功，為選用輸送設(shè)備提供依據(jù)。這些都要應(yīng)用流體流動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行分析和計(jì)算。二、壓力、流速和流量的測(cè)量

為了了解和控制生產(chǎn)過程，需要測(cè)定管路或設(shè)備內(nèi)的壓力、流速及流量等參數(shù)，以便合理地選用和安裝測(cè)量?jī)x表。而這些測(cè)量?jī)x表的工作原理又多以流體的靜止或流動(dòng)規(guī)律為依據(jù)。第二節(jié)流體靜力學(xué)

一、流體的壓縮性流體的特征是分子之間的內(nèi)聚力極小，幾乎有無限的流動(dòng)性，而且可以幾乎毫無阻力地將其形狀改變。當(dāng)流速低于聲速時(shí)，氣體和液體的流動(dòng)具有相同的規(guī)律。一般說來，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。與之相反，氣體的形狀與容器完全相同，完全充滿整個(gè)容器，其體積隨壓強(qiáng)和溫度的變化而有明顯改變。流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的這個(gè)性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。第二節(jié)流體靜力學(xué)

一般說來，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。與之相反，氣體的形狀與容器完全相同，完全充滿整個(gè)容器，其體積隨壓強(qiáng)和溫度的變化而有明顯改變。流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的這個(gè)性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。實(shí)際流體都是可壓縮性流體。但是，液體由溫度、壓力引起的體積變化極小，工程上可按不可壓縮性流體考慮。氣體具有較大的壓縮性，但在壓力變化很小的流動(dòng)狀態(tài)下，也可以當(dāng)作不可壓縮性流體處理。在流體力學(xué)中，為了研究許多有關(guān)液體靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理論，引入了實(shí)際不存在的理想液體的概念。理想液體的體積絕對(duì)不隨壓強(qiáng)和溫度的變化而改變，在流動(dòng)時(shí)分子之間沒有摩擦力。高溫、低壓下的實(shí)際氣體接近于理想氣體，所以通常可用理想氣體狀態(tài)方程式來計(jì)算。

第二節(jié)流體靜力學(xué)

二、流體的主要物理量1．密度、相對(duì)密度和比體積（1）

密度

單位體積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度。其表達(dá)式為

（1-1）

——流體的密度，㎏/m3；——流體的質(zhì)量，㎏；

——

流體的體積，m3。

第二節(jié)流體靜力學(xué)①氣體的密度氣體是可壓縮性流體，其密度隨壓強(qiáng)和溫度而變化。因此氣體的密度必須標(biāo)明其狀態(tài)。從手冊(cè)中查得的氣體密度往往是某一指定條件下的數(shù)值，這就需要將查得的密度換算成操作條件下的密度。一般當(dāng)壓強(qiáng)不太高、溫度不太低時(shí)，也可按理想氣體來處理。結(jié)果為：第二節(jié)流體靜力學(xué)

（1-2）—-——?dú)怏w的絕對(duì)壓力，kPa；-——?dú)怏w的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol；——?dú)怏w的熱力學(xué)溫度，K；——通用氣體常數(shù)，8.314kJ/（kmol·K）；

下標(biāo)0表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即273K、101.3kPa。任何氣體的R值均相同。的數(shù)值，隨所用P、V

、T等的單位不同而異。選用R值時(shí)，應(yīng)注意其單位。第二節(jié)流體靜力學(xué)用式（1-2）計(jì)算混合氣體的密度時(shí)，應(yīng)以混合氣體的平均千摩爾質(zhì)量M均代替M?；旌蠚怏w的平均摩爾質(zhì)量M均可按下式求得

M均=M1y1+M2y2+…+Mnyn式中M1、M2…Mn——?dú)怏w混合物中各組分的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol；y1、y2…yn——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)。②液體的密度

液體的密度一般用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。工業(yè)上測(cè)定液體密度最簡(jiǎn)單的方法使用比重計(jì)。各種液體的密度數(shù)據(jù)，可從有關(guān)手冊(cè)中查到。本書附錄中列有某些液體的密度，供練習(xí)查用。第二節(jié)流體靜力學(xué)混合液體的密度的準(zhǔn)確值要用實(shí)驗(yàn)方法求得。如液體混合時(shí)，體積變化不大，則混合液體密度的近似值可由下式求得：（1-3）

——液體混合液的密度；

——混合液中各純組分的密度；——混合液中各純組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（2）相對(duì)密密度相對(duì)密度為流流體密度與4℃時(shí)水的密密度之比，用用符號(hào)表示，習(xí)慣稱稱為比重。即即（1-4）式中———液體體在t℃時(shí)的密度；——水在4℃℃時(shí)的密度。。由上式可知，，相對(duì)密度是是一個(gè)比值，，沒有單位。。因?yàn)樗?℃時(shí)的密度為為1000㎏/m3，所以，，即將相對(duì)密密度值乘以1000即得該液體的的密度，，㎏/m3。第二節(jié)流體體靜力學(xué)（3）比體積積單位質(zhì)量流體體所具有的體體積稱為流體體的比體積，，用符號(hào)表表示，習(xí)習(xí)慣稱為比容容。顯然，比比體積就是密密度的倒數(shù)，，其單位為m3/㎏。表達(dá)式為（1-5）上述這些物理理量是表明流流體的質(zhì)量與與體積的換算算關(guān)系。如果果已知流體的第二節(jié)流體體靜力學(xué)2．壓強(qiáng)（壓壓力）（1）壓強(qiáng)的的定義流體垂直作用用于單位面積積上的力，稱稱為流體壓力力強(qiáng)度，亦稱稱為流體靜壓壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓壓強(qiáng)（工程上上習(xí)慣稱為壓壓力）。用符符號(hào)表表示壓強(qiáng)，，表示面面積，為為流體垂垂直作用與面面積上的力。。則壓強(qiáng)（1-6）式中————作用在該表表面上的壓力力，N/m2，即Pa；——垂直作用于表表面的力，N；——作用面的面積積，m2。第二節(jié)流體體靜力學(xué)（2）壓強(qiáng)的的單位及其換換算在SI中，壓力的法法定計(jì)量單位位是Pa(帕)或N/m2，工程上常使用用MPa（兆帕）作為壓壓力的計(jì)量單單位。在工程單位制制中，壓力的的單位是at(工程大氣壓)或kgf/cm2。其它常用的壓壓力表示方法法還有如下幾幾種：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（（物理大氣壓壓），atm；米水柱，m-H2O；毫米汞柱，mmHg；毫米水柱，mmH2O（流體處于低壓壓狀態(tài)時(shí)常用用）。各種壓力單位位的換算關(guān)系系如下：1atm=101.3kPa=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O1at=98.1kPa=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O第二節(jié)流體體靜力學(xué)實(shí)際生產(chǎn)中還還經(jīng)常采用以以某液體的液液柱高度表示示流體壓力的的方法。它的的原理是作用用在液柱單位位底面積上的的液體重力。。設(shè)為液柱高高度，為液液柱的底面積積，為液體的的密度，則由由液柱高度所所表示的流體體壓強(qiáng)為（1-7）由此可見,流流體液柱的壓壓強(qiáng)等于液柱柱高度乘以液液體的密度和和重力加速度度。如果已知流體體的壓強(qiáng)為，，密度為，與與它相當(dāng)?shù)囊阂褐叨瓤捎捎上率角蟮玫诙?jié)流體體靜力學(xué)所以，用液柱柱高度表示液液體的壓強(qiáng)時(shí)時(shí)，必須注明明流體的名稱稱及溫度，才才能確定液體體的密度，否否則即失去了了表示壓強(qiáng)的的意義。（3）壓力的的表達(dá)方式壓力在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中可有三三種表達(dá)方式式：絕壓、表表壓和真空度度。①絕對(duì)壓強(qiáng)（（簡(jiǎn)稱絕壓））是指流體體的真實(shí)壓強(qiáng)強(qiáng)。更準(zhǔn)確地地說，它是以以絕對(duì)真空為為基準(zhǔn)測(cè)得的的流體壓強(qiáng)。。②表壓強(qiáng)（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱表壓）是是指工程上上用測(cè)壓儀表表以當(dāng)時(shí)、當(dāng)當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)強(qiáng)為基準(zhǔn)測(cè)得得的流體表壓=絕對(duì)壓強(qiáng)－（（外界）大氣氣壓強(qiáng)③真空度當(dāng)被測(cè)流體內(nèi)內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)強(qiáng)小于當(dāng)?shù)兀ǎㄍ饨纾┐髿鈿鈮簭?qiáng)時(shí)，使使用真空表進(jìn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)真真空表上的讀讀數(shù)稱為真空空度。即真空度=（外界）大氣氣壓強(qiáng)－絕對(duì)對(duì)壓強(qiáng)第二節(jié)流體體靜力學(xué)在這種條件下下，真空度值值相當(dāng)于負(fù)的的表壓值。圖1-1絕絕對(duì)壓強(qiáng)、表表壓和真空度度的關(guān)系因此，由壓力力表或真空表表上得出的讀讀數(shù)必須根據(jù)據(jù)當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐氐拇髿鈮簭?qiáng)強(qiáng)進(jìn)行校正，，才能得到測(cè)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓壓。絕對(duì)壓強(qiáng)、表表壓強(qiáng)與真空空度之間的關(guān)關(guān)系，可以用用圖1-1表表示。為了避免絕對(duì)對(duì)壓強(qiáng)、表壓壓與真空度三三者關(guān)系混淆淆，在以后的的討論中規(guī)定定，對(duì)表壓和和真空度均加加以標(biāo)注，如如2000Pa（表壓）、600mmHg（真空度）。如如果沒有注明明，即為絕壓壓。第二節(jié)流體體靜力學(xué)圖1-1絕絕對(duì)壓強(qiáng)、表表壓和真空度度的關(guān)系第二節(jié)流體體靜力學(xué)三、流體靜力力學(xué)基本方程程式1、流體靜力力學(xué)基本方程程式的形成靜止的流體是是在重力和壓壓力的作用下下達(dá)到靜力平平衡，因而處處于相對(duì)靜止止?fàn)顟B(tài)。由于于重力就是地地心引力，可可以看作是不不變的，起變變化的是壓力力。用以表述述靜止流體內(nèi)內(nèi)部壓力變化化規(guī)律的公式式就是流體靜靜力學(xué)基本方方程式。此方方程的導(dǎo)出方方法如下：如圖1-2所所示，敞口容容器內(nèi)盛有密密度為的的靜止流流體，液面上上方受外壓強(qiáng)強(qiáng)的的作用（當(dāng)當(dāng)容器敞口時(shí)時(shí)，即為為外界大氣壓壓強(qiáng)）。取任任意一個(gè)垂直直流體液柱，，上下底面積積均為Am2。任意選取一個(gè)個(gè)水平面作為為基準(zhǔn)水平面面，今選用容容器底面積為為基本水平面面。并設(shè)液柱柱上、下底與與基準(zhǔn)面的垂垂直距離分別別為為和ｍｍ。作用在在上、下端面面上并指向此此兩端面的壓壓強(qiáng)分別為和和在在重重力場(chǎng)中，該該液柱在垂直直方向上受到到的作用力有有第二節(jié)流體體靜力學(xué)（1）作用在液液柱上端面上上的總壓力(方向向下)（2）作用在在液柱下端面面上的總壓力力（方向向上））（3）作用于于整個(gè)液柱的的重力G（方向向下）由于液柱處于于靜止?fàn)顟B(tài)，，在垂直方向向上的三個(gè)作作用力的力為為零，即整理上式得（1-8）第二節(jié)流體體靜力學(xué)式中為為液柱的高高度，m。若將液柱上端端取在液面，，并設(shè)液面上上方的壓強(qiáng)為為，液柱高度度為，則式(1-8)可可改成為（1-9）式(1-8)和（1-9）均稱為流流體靜力學(xué)基基本方程式，，它表明了靜靜止流體內(nèi)部部壓力變化的的規(guī)律。2、靜力學(xué)學(xué)基本方程程的討論（1）在靜靜止的液體體中，液體體任一點(diǎn)的的壓力與液液體密度和和其深度有有關(guān)。液體體密度越大大，深度越越大，則該該點(diǎn)的壓力力越大。（2）在靜靜止的、連連續(xù)的同一一液體內(nèi)，，處于同一一水平面上上各點(diǎn)的壓壓力均相等等。此壓力力相等的截截面稱為等等壓面。第二節(jié)流流體靜力學(xué)學(xué)(3)當(dāng)當(dāng)液體上上方的壓力力或液體內(nèi)內(nèi)部任一點(diǎn)點(diǎn)的壓力有有變化時(shí)，，液體內(nèi)部部各點(diǎn)的壓壓力也也發(fā)生同同樣大小的的變化。熱力學(xué)基本本方程式是是以液體為為例推導(dǎo)出出來的，也也適用于氣氣體。因在在化工容器器中，氣體體的密度也也可認(rèn)為是是常數(shù)。值值得注意的的是，靜力力學(xué)基本方方程式只能能用于靜止止的連通著著的同一種種流體內(nèi)部部，因?yàn)樗麄兪歉鶕?jù)據(jù)靜止的同同一種連續(xù)續(xù)的液柱導(dǎo)導(dǎo)出的。3、靜力學(xué)基基本方程的的應(yīng)用流體靜力學(xué)學(xué)基本方程程在化工生生產(chǎn)過程中中應(yīng)用廣泛泛，通常用用于測(cè)量流流體的壓力力或壓差、、液體的液液位高度等等。第二二節(jié)節(jié)流流體體靜靜力力學(xué)學(xué)（1））測(cè)測(cè)量量流流體體的的壓壓力力或或壓壓差差①U管壓壓差差計(jì)計(jì)U管壓壓差差計(jì)計(jì)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如圖圖1-3所所示示，，系系由由兩兩端端開開口口的的U形玻玻璃璃管管，，中中間間配配有有讀讀數(shù)數(shù)標(biāo)標(biāo)尺尺所所構(gòu)構(gòu)成成。。使使用用時(shí)時(shí)管管內(nèi)內(nèi)裝裝有有指指示示液液，，指指示示液液要要與與被被測(cè)測(cè)流流體體不不互互溶溶，，不不起起化化學(xué)學(xué)作作用用，，且且其其密密度度應(yīng)應(yīng)大大于于被被測(cè)測(cè)流流體體的的密密度度。。通通常常采采用用的的指指示示液液有有：：水水、、油油、、四四氯氯化化碳碳或或汞汞等等。。圖1-3所所示示，，當(dāng)當(dāng)U管壓壓差差計(jì)計(jì)兩兩支支管管分分別別與與管管路路（（或或設(shè)設(shè)備備））中中兩兩個(gè)個(gè)不不同同壓壓力力的的測(cè)測(cè)壓壓口口相相連連接接，，流流體體即即進(jìn)進(jìn)入入兩兩支支管管內(nèi)內(nèi)，，指指示示液液的的上上面面為為流流體體所所充充滿滿。。設(shè)設(shè)流流體體作作用用在在兩兩支支管管口口的的壓壓力力為為和和，，且且＞＞，，則則必必使使左左支支管管內(nèi)內(nèi)的的指指示示液液面面下下降降，，而而右右支支管管內(nèi)內(nèi)的的指指示示液液液液面面上上升升，，穩(wěn)穩(wěn)定定時(shí)時(shí)顯顯示示出出讀讀數(shù)數(shù)，，由由讀讀數(shù)數(shù)可可求求出出U管兩兩端端的的流流體體壓壓差差（（））。。第二二節(jié)節(jié)流流在圖圖1-3中中，，水根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式分別對(duì)U管左側(cè)和U管右側(cè)進(jìn)行計(jì)算、整理得

（1-10）由式1-10可知，壓差（）只與指示液的位差讀數(shù)R及指示液同被測(cè)流體的密度差有關(guān)。若被測(cè)流體是氣體，氣體的密度比液體的密度小得多，即，于是上式可簡(jiǎn)化為

第二二節(jié)節(jié)流流體體靜靜力力學(xué)學(xué)圖1-3U形管管液液柱柱壓壓強(qiáng)強(qiáng)計(jì)計(jì)第二二節(jié)節(jié)流流體體靜靜力力學(xué)學(xué)（1-11））式1-10或或1-11為為用用U管壓壓差差計(jì)計(jì)測(cè)測(cè)壓壓力力差差的的計(jì)計(jì)算算式式。。如如果果要要測(cè)測(cè)量量某某處處的的表表壓壓或或真真空空度度也也很很方方便便，，只只需需將將U管壓壓差差計(jì)計(jì)的的一一端端與與所所測(cè)測(cè)的的部部位位相相接接，，另另一一端端與與大大氣氣相相通通即即可可。。圖1-4表表示示用用U管壓壓差差計(jì)計(jì)測(cè)測(cè)量量容容器器表表壓壓的的情情況況，，此此時(shí)時(shí)U管壓壓差差計(jì)計(jì)指指示示液液的的液液面面與與測(cè)測(cè)壓壓口口相相連連的的一一端端液液面面低低，，與與大大氣氣相相通通的的一一端端液液面面高高。。讀讀數(shù)數(shù)值值即即為為表表壓壓。。圖1-5表表示用用U管壓差差計(jì)測(cè)測(cè)量容容器負(fù)負(fù)壓的的情況況，此此時(shí)U管壓差差計(jì)指指示液液的液液面與與測(cè)壓壓口相相連的的一端端液面面高，，與大大氣相相通的的一端端液面面低。。讀數(shù)數(shù)值即即為真真空度度。第二節(jié)節(jié)流流體靜靜力學(xué)學(xué)圖1-4測(cè)測(cè)量量表壓壓圖1-5測(cè)測(cè)量真真空度度第二節(jié)節(jié)流流體靜靜力學(xué)學(xué)U管壓差差計(jì)所所測(cè)壓壓差或或壓力力一般般在1大氣壓壓的范范圍內(nèi)內(nèi)。其其特點(diǎn)點(diǎn)是：：構(gòu)造造簡(jiǎn)單單，測(cè)測(cè)壓準(zhǔn)準(zhǔn)確，，價(jià)格格便宜宜。但但玻璃璃管易易碎，，不耐耐高壓壓，測(cè)測(cè)量范范圍狹狹小，，讀數(shù)數(shù)不便便。通通常用用于測(cè)測(cè)量較較低的的表壓壓、真真空度度或壓壓差。。U管微壓壓計(jì)②微差差壓差差計(jì)由式（（1-10）可以以看出出，若若所測(cè)測(cè)量的的壓力力差很很小，，U管壓差差計(jì)的的讀數(shù)數(shù)R也就很很小，，有時(shí)時(shí)難以以準(zhǔn)確確讀出出R值。為為了把把讀數(shù)數(shù)R放大，，除了了在選選用指指示液液時(shí)，，盡可可能地地使其其密度度與被被測(cè)流流體的的密度度相接接近外外，還還可采采用如如圖1-6所示示的微微差壓壓差計(jì)計(jì)。第二節(jié)節(jié)流流體靜靜力學(xué)學(xué)其特點(diǎn)點(diǎn)是：：壓差差計(jì)內(nèi)內(nèi)裝有有兩種種密度度相近近、且且互不不相溶溶的指指示液液A和B，而指示示液B與被測(cè)測(cè)流體體亦應(yīng)應(yīng)不互互溶；；為了了讀數(shù)數(shù)方便便，在在U管的兩兩側(cè)臂臂頂端端各裝裝有擴(kuò)擴(kuò)大室室。擴(kuò)擴(kuò)大室室的截截面積積比U管的截截面積積大很很多，，即使使U管內(nèi)指指示液液A的液面面差R很大，，仍可可認(rèn)為為兩擴(kuò)擴(kuò)大室室內(nèi)的的指示示液B的液面面維持持等高高。于于是壓壓力差差（））便便可由由下式式計(jì)算算，即即（1-12）從式（（1-12）可知知，適適當(dāng)選選取A、B兩種指指示液液，使使其密密度差差很小小，其其讀數(shù)數(shù)便可可比普普通U管壓差差計(jì)大大若干干倍。。U管壓差差計(jì)主主要用用于測(cè)測(cè)量氣氣體的的微小小壓力力差。。工業(yè)業(yè)上常常用的的雙指指示液液有石石蠟油油與工工業(yè)酒酒精；；苯甲甲醇與與氯化化鈣溶溶液等等。第二節(jié)節(jié)流流體靜靜力學(xué)學(xué)圖1-6雙雙液U管微壓壓計(jì)第三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)力力學(xué)一、流流量方方程式式1．流流量單位時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)流經(jīng)經(jīng)管道道任一一截面面的流流體量量，稱稱為流流體的的流量量。流流量有有兩種種表示示方法法：（1））體積積流量量單單位位時(shí)間間內(nèi)流流經(jīng)管管道任任一截截面的的流體體體積積，稱稱為體體積流流量。。用符符號(hào)表表示，，單位位是m3/s或m3/h。。測(cè)定流流量的的簡(jiǎn)便便方法法是，，在管管道出出口處處測(cè)出出時(shí)間間內(nèi)流流出的的流體體總體體積V，由下式式求出第三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)力力學(xué)(1-14)因氣體體的體體積隨隨溫度度和壓壓力而而變化化，故故氣體體的體體積流流量應(yīng)應(yīng)注明明溫度度、壓壓力。。（2））質(zhì)量量流量量單單位位時(shí)間間內(nèi)流流經(jīng)管管道任任一截截面的的流體體質(zhì)量量，稱稱為質(zhì)質(zhì)量流流量。。用符符號(hào)表表示示，單單位是是kg/s或kg/h。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)質(zhì)量流量與體體積流量的關(guān)關(guān)系為（1-15））2．流速單位時(shí)間內(nèi)流流體在流動(dòng)方方向流過的距距離，稱為流流速。流速亦亦有兩種表表示方法：（1）平均流流速實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明，流體體流經(jīng)管道截截面上各點(diǎn)的的流速是不同同的，管道中中心處的流速速最大，越靠靠近管壁流速速越小，在管管壁處流速為為零。流體在在截面上某點(diǎn)點(diǎn)的流速，稱稱為點(diǎn)速度。。流體在同一一截面上各點(diǎn)點(diǎn)流速的平均均值，稱為平平均流速。生生產(chǎn)中常說的的流速指的是是平均流速，，以符號(hào)表示示，單位為m/s。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)流速與流量的的關(guān)系為或者（1-16））（1-17））式中A——流通截面積，，m2。（2）質(zhì)量流速質(zhì)量流量與管管道截面積之之比稱為質(zhì)量量流速。以符符號(hào)G表示，其單位位為kg/（m2·s）。表達(dá)式為（1-18））第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)質(zhì)量流速的物物理意義是：：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)內(nèi)流過管道單單位截面積的的流體質(zhì)量。。3．流量和流流速——流量量方程式描述流體流量量、流速和流流通截面積相相互關(guān)系的公公式稱為流量量方程式，式式（1-15）、（1-16）、（（1-18））都是流量方方程式。利用用流量方程式式可以計(jì)算流流體在管道中中的流量、流流速或管道的的直徑。一般管道的截截面是圓形的的，若為為管子的內(nèi)內(nèi)直徑，則管管子截面積，，帶入流量量方程式，得得（1-19））第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)由上式可知，，當(dāng)流量為定定值時(shí)，必須須選定流速，，才能確定管管徑。流速越越大，則管徑徑越小，這樣樣可節(jié)省設(shè)備備費(fèi)，但流體體流動(dòng)時(shí)遇到到的阻力大，，會(huì)消耗更多多的動(dòng)力，增增加日常操作作費(fèi)用；反之之，流速小，，則設(shè)備費(fèi)大大而日常操作作費(fèi)少。所以以在管路設(shè)計(jì)計(jì)中，選擇適適宜的流速是是十分重要的的，適宜流速速由輸送設(shè)備備的操作費(fèi)和和管路的設(shè)備備費(fèi)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡衡及優(yōu)化來決決定。通常，，液體的流速速取0.5~3m/s，氣體則為10~30m/s。每種流體的適適宜流速范圍圍，可從手冊(cè)冊(cè)中查取。表表1-1列出出了一些流體體在管道中流流動(dòng)時(shí)流速的的常用范圍，，可供參考選選用。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)表1-1某些些流體在管道道中的適宜流流速范圍由于管徑已經(jīng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所所以經(jīng)計(jì)算得得到管徑后，，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)選定。可參參看附錄。通常鋼管的規(guī)規(guī)格以外徑和和壁厚來表示示，表以φ外徑×壁厚。。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)二、穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)與不穩(wěn)定流流動(dòng)1．穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)流體在流動(dòng)時(shí)時(shí)，任一截面面處流體的流流速、壓力、、密度等有關(guān)關(guān)物理量?jī)H隨隨位置而改變變，不隨時(shí)間間而變，這種種流動(dòng)稱為穩(wěn)穩(wěn)定流動(dòng)。如如圖1-9所所示。2．不穩(wěn)定流流動(dòng)流體在流動(dòng)時(shí)時(shí)，任一截面面處流體的流流速、壓力、、密度等有關(guān)關(guān)物理量不僅僅隨位置而變變，又隨時(shí)間間而變，這種種流動(dòng)稱為不不穩(wěn)定流動(dòng)。。如圖1-10所示。在化工生產(chǎn)中中，流體輸送送操作多屬于于穩(wěn)定流動(dòng)。。所以本章只只討論穩(wěn)定流流動(dòng)。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)圖1-9穩(wěn)穩(wěn)定流動(dòng)圖1-10不不穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)三、流體穩(wěn)定定流動(dòng)時(shí)的物物料衡算———連續(xù)性方程程當(dāng)流體在密閉閉管路中作穩(wěn)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，，既不向管中中添加流體，，也不發(fā)生漏漏損，則根據(jù)據(jù)質(zhì)量守恒定定律，通過管管路任一截面面的流體質(zhì)量量流量應(yīng)相等等。這種現(xiàn)象象稱為流體流流動(dòng)的連續(xù)性性。如圖1-11所示，在管管路中任選一一段錐形管，，流體經(jīng)此錐錐形管從截面面1-1到截截面2-2作作穩(wěn)定流動(dòng)。。流體完全充充滿管路。則則物料衡算式式為（1-20））上式即為為流體流動(dòng)動(dòng)的連續(xù)性方方程式。若流體是不可可壓縮性的液液體，則其密密度不變，即即，則式（1-20）可寫成第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)即流速與截面面積成反比。。（1-21））第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)對(duì)于圓形截面面的管子式式（1-21）可改寫寫為（1-22））即流速與管徑徑的平方成反反比。連續(xù)性方程式式是一個(gè)很重重要的基本方方程式，可以以用來計(jì)算流流體的流速或或管徑。若管管路中有支管管存在，則流流體仍有連續(xù)續(xù)性現(xiàn)象，總總管內(nèi)流體的的質(zhì)量流量應(yīng)2．理想流體的柏努利方程無黏性、流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生摩擦阻力的流體，稱為理想流體。實(shí)際生產(chǎn)中，理想流體是不存在的，它只是實(shí)際流體的一種抽象“模型”。但任何科學(xué)的抽象都能幫助我們更好的理解和解決實(shí)際問題。

第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)當(dāng)理想流體在在一密閉管路路中作穩(wěn)定流流動(dòng)時(shí)，由能能量守恒定律律可知，進(jìn)入入管路系統(tǒng)的的總能量應(yīng)等等于從管路系系統(tǒng)帶出的總總能量。在無無其它形式的的能量輸入和和輸出的情況況下，理想流流體進(jìn)行穩(wěn)定定流動(dòng)時(shí)，在在管路任一截截面的流體總總機(jī)械能是一一個(gè)常數(shù)。即即（1-23））如圖1-12所示，也就就是將流體由由截面1-1輸送到截面面2-2時(shí)，，兩截面處流流體的總機(jī)械械能相等。即即（1-24））第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)式（1-23）和式（1-24）稱稱為柏努利方方程，是以單單位質(zhì)量的流流體為基準(zhǔn)，，其各項(xiàng)的單單位為J/kg。由柏努利方程程可知，流動(dòng)動(dòng)的流體在不不同截面間各各種機(jī)械能的的形式可可以互相相轉(zhuǎn)化。流體體在任一截面面上，各種機(jī)機(jī)械能的總和和為常數(shù)。第三節(jié)流流體動(dòng)力力學(xué)3．實(shí)實(shí)際際流流體體的的柏柏努努利利方方程程在化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)中中所所處處理理的的流流體體都都是是實(shí)實(shí)際際流流體體。。實(shí)實(shí)際際流流體體在在流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)有有摩摩擦擦阻阻力力產(chǎn)產(chǎn)生生，，使使一一部部分分機(jī)機(jī)械械能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成熱熱能能而而無無法法利利用用，，這這部部分分損損失失掉掉的的機(jī)機(jī)械械能能稱稱為為損損失失能能量量（（阻阻力力損損失失））。。對(duì)對(duì)于于1kg流體體而而言言，，從從截截面面1-1輸送送到到截截面面2-2時(shí)，，克克服服兩兩截截面面間間各各項(xiàng)項(xiàng)阻阻力力所所消消耗耗的的損損失失能能量量為為,單位位為為J/kg。在實(shí)實(shí)際際輸輸送送流流體體的的系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，為為了了補(bǔ)補(bǔ)充充消消耗耗掉掉的的損損失失能能量量，，需需要要使使用用外外加加設(shè)設(shè)備備（（泵泵））來來供供應(yīng)應(yīng)能能量量。。如如圖圖1-13所示示，，1kg流體體從從輸輸送送機(jī)機(jī)械械所所獲獲得得的的機(jī)機(jī)械械能能，，稱稱為為外外加加能能量量。。用用表表示示，，單單位位為為J/kg。第三三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)按照照能能量量守守恒恒及及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化定定律律，，輸輸入入系系統(tǒng)統(tǒng)的的總總機(jī)機(jī)械械能能必必須須等等于于由由系系統(tǒng)統(tǒng)中中輸輸出出的的總總能能量量。。即即J/kg（（1-25））式（（1-25））亦亦稱稱為為柏柏努努利利方方程程式式，，它它是是以以單單位位質(zhì)質(zhì)量量為為基基準(zhǔn)準(zhǔn)的的。。在式式（（1-25））的的各各種種實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中，，為為了了計(jì)計(jì)算算方方便便，，常?？煽刹刹捎糜貌徊煌牡暮夂馑闼慊鶞?zhǔn)準(zhǔn)，，得得到到如如下下不不同同形形式式的的衡衡算算方方程程。。（1））以以單單位位重重量量（（1N））流體體為為衡衡算算基基準(zhǔn)準(zhǔn)將將式式（（1-25））中中各各項(xiàng)項(xiàng)除除以以g

m流體柱（1-26）第三三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)式中中各各項(xiàng)項(xiàng)單單位位為為：：，，其其物物理理意意義義為為：：每每牛牛頓頓重重量量的的流流體體所所具具有有的的能能量量，，通通常常將將其其稱稱為為壓壓頭頭。。，，位位壓壓頭頭；；，動(dòng)動(dòng)壓壓頭頭；；，，靜靜壓壓頭頭；；,外外加加壓壓頭頭；；，，損損失失壓壓頭頭。。（2）以以單單位位體體積積流流體體為為衡衡算算基基準(zhǔn)準(zhǔn)將式式（（1-25）中中各各項(xiàng)項(xiàng)乘乘以以，，得得Pa（（1-27））式中中各各項(xiàng)項(xiàng)單單位位為為：：即即單單位位體體積積不不可可壓壓縮縮流流體體所所具具有有的的能能量量。。第三三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)柏努努力力方方程程是是流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)中中最最主主要要的的方方程程式式五、柏努力方程的應(yīng)用應(yīng)用柏努利方程時(shí)應(yīng)注意以下各點(diǎn)：1．截面選取：先要定出管路的上游截面1-1和下游截面2-2，以明確所討論的流動(dòng)系統(tǒng)的范圍。兩截面應(yīng)與流體流動(dòng)的方向垂直（此條件下的流體流動(dòng)速度為），并且流體在兩截面之間是連續(xù)的。所求的物理量應(yīng)當(dāng)在兩截面之一反映出來，其余物理量應(yīng)是已知或通過其他關(guān)系計(jì)算出來。第三三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)2．基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面：：基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面3．柏努利方程中各項(xiàng)物理量的單位必須一致。流體的壓力可以都用絕壓或都用表壓，但要統(tǒng)一。4．如果兩個(gè)橫截面積相差很大，如大截面容器和小管子，則可取大截面處的流速為零。5．不同基準(zhǔn)柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習(xí)題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準(zhǔn)的柏努利方程。第三三節(jié)節(jié)流流體體動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)6.柏柏努努利利方方程程是是依依據(jù)據(jù)不不故只適用于液體。對(duì)于氣體，當(dāng)所取系統(tǒng)兩截面之間的絕對(duì)壓力變化小與原來壓力的20%時(shí)，仍可使用式（1-25）（1-26）（1-27）進(jìn)行計(jì)算。式中的流體密度應(yīng)以兩截面之間流體的平均密度代替。這種處理方法帶來的誤差在工程計(jì)算中是可以允許的。第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力一、、流流體體的的黏黏度度1．．流流體體阻阻力力的的表表現(xiàn)現(xiàn)和和來來源源可以以做做一一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)來來觀觀測(cè)測(cè)流流體體阻阻力力的的表表現(xiàn)現(xiàn)。。圖圖1-14所所示示，，在在一一水水槽槽的的底底部部接接出出一一段段直直徑徑均均勻勻的的水水平平管管，，在在截截面面1-1、、2-2兩兩處處安安裝裝兩兩根根直直立立的的玻玻璃璃管管，，用用來來觀觀測(cè)測(cè)當(dāng)當(dāng)水水流流經(jīng)經(jīng)管管道道時(shí)時(shí)兩兩截截面面處處的的靜靜壓壓力力。。若把水平平管的出出口閥打打開，水水以流速速流動(dòng)動(dòng)時(shí)，兩兩直立玻玻璃管內(nèi)內(nèi)的液柱柱高度將將出現(xiàn)圖圖示現(xiàn)象象。由兩兩截面間間的柏努努利方程程式可得得第四節(jié)流流體體阻力由上式可可見，存存在流體體阻力致致使靜壓壓能下降降。阻力力越大，，靜壓能能下降就就越多。。這種壓壓力降就就是流體體阻力的的表現(xiàn)。。應(yīng)當(dāng)說明明的是，，上式只只適用于于流體在在等徑的的水平管管中流動(dòng)動(dòng)的情況況。圖1-14流體阻力的觀察第四節(jié)流流體體阻力為了更好好地了解解流體流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的阻阻力，可可以用河河道的水水流現(xiàn)象象來說明明。流體體流經(jīng)固固體壁面面時(shí)，由由于流體體對(duì)壁面面有附著著力作用用，因此此在壁面面上粘附附著一層層靜止的的流體，，同時(shí)在在流體內(nèi)內(nèi)部分子子間是有有吸引力力的，所所以，當(dāng)當(dāng)流體流流過壁面面時(shí)，壁壁面上靜靜止的流流體層對(duì)對(duì)與其相相鄰的流流體層的的流動(dòng)有有約束作作用，使使該層流流體流速速變慢，，離開壁壁面越遠(yuǎn)遠(yuǎn)其約束束作用越越弱，這這種流速速的差異異造成了了流體內(nèi)內(nèi)部各層層之間的的相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)。由于流體體層與流流體層之之間產(chǎn)生生相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，流流得快的的流體層層對(duì)與其其相鄰流流得慢的的流體層層產(chǎn)生一一種牽引引力，而而流得慢慢的流體體層對(duì)與與其相鄰鄰流得快快的流體體層則產(chǎn)產(chǎn)生一種種阻礙力力。上述述這兩種種力是大大小相等等而方向向相反的的。因此此，流體體流動(dòng)時(shí)時(shí)，流體體內(nèi)部相相鄰兩層層之間必必然有上上述相互互作用的的剪應(yīng)力力存在，，這種力力稱為內(nèi)內(nèi)摩擦力力。內(nèi)摩摩擦是產(chǎn)產(chǎn)生流體體阻力的的根本原原因。第四節(jié)流流體體阻力此外，當(dāng)當(dāng)流體流流動(dòng)激烈烈呈紊亂亂狀態(tài)時(shí)時(shí)，流體體質(zhì)點(diǎn)流流速的大大小與方方向發(fā)生生急劇的的變化，，質(zhì)點(diǎn)之之間相互互激烈的的交換位位置。這這種運(yùn)動(dòng)動(dòng)的結(jié)果果，也會(huì)會(huì)損耗流流體的機(jī)機(jī)械能，，而使阻阻力增大大?？梢砸哉f，流流體流動(dòng)動(dòng)狀況是是產(chǎn)生流流體阻力力的第二二位原因因。所以，流流體具有有內(nèi)摩擦擦力是產(chǎn)產(chǎn)生流體體阻力的的內(nèi)因，，流體流流動(dòng)時(shí)受受流動(dòng)條條件的影影響是流流體阻力力產(chǎn)生的的外因。。另外，，管壁粗粗糙程度度和管子子的長(zhǎng)度度、直徑徑均對(duì)流流體阻力力的大小小有影響響。2．流體體的黏度度流體流動(dòng)動(dòng)時(shí)流層層之間產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)摩摩擦力的的這種特特性，稱稱為黏性性。黏性性大的流流體不易易流動(dòng)，，從桶底底把一桶桶油放完完比一桶桶水放完完要慢得得多。其其原因是是油的黏黏性比水水大，即即流動(dòng)時(shí)時(shí)內(nèi)摩擦擦力較大大，因而而流體阻阻力較大大，流速速較小。。第四節(jié)流流體阻力衡量流體黏性性大小的物理理量，稱為黏黏性系數(shù)或動(dòng)動(dòng)力黏度，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱黏度，用用符號(hào)表表示。（1）黏度的的單位流流體的黏度可可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定定或從手冊(cè)上上查到。在物物理單位制中中黏度的單位位為（dyn·s/cm2），專用名稱為（（泊）用符號(hào)號(hào)P表示。由于泊泊的單位太大大，一般常用用的是厘泊（（cP）。1P＝100cP在SI制中黏度的單單位為（N·s/m2）或（Pa·s）。。物理單位制中中黏度的單位位與SI制中黏度單位位的換算關(guān)系系如下：1Pa·s=10P=1000cP=1000mPa·s或者1cP=1mPa·s第四節(jié)流流體阻力流體的黏度隨隨溫度而變化化。液體的黏黏度隨溫度的的升高而降低低；氣體則相相反，黏度隨隨溫度的升高高而增大。壓力對(duì)液體黏黏度的影響可可忽略不計(jì)；；氣體的黏度度只有在極高高或極低的壓壓力下才有變變化，一般情情況下可以忽忽略。混合物的黏度度在缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可可選用經(jīng)驗(yàn)公公式估算。（2）混合液液體的黏度（（對(duì)于分子不不締合的液體體混合物）（1-28））第四節(jié)流流體阻力式中———混合液液的黏度，Pa·s；——混合液中組分分的摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)；——混合液中中組分的黏度度，Pa·s。（3）對(duì)于低壓下的的混合氣體（1-29）式中——混合氣體體的黏度，Pa·s；——混合氣體中組組分的黏度，，Pa·s；——混合氣體中組組分的摩爾分分?jǐn)?shù)；——混合氣體體中組分的分分子量，即千千摩爾質(zhì)量，，kg/kmol。第四節(jié)流流體阻力二、流體流動(dòng)動(dòng)的類型在流體阻力產(chǎn)產(chǎn)生的原因及及其影響因素素的討論中，，我們知道圖1-16雷諾實(shí)驗(yàn)中染色線的變化情況1．雷諾實(shí)驗(yàn)圖1-15雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖第四節(jié)流流體阻力圖1-15是是雷諾實(shí)驗(yàn)裝裝置的示意圖圖。清水從恒恒位槽穩(wěn)定地地流入玻璃管管，玻璃管進(jìn)進(jìn)口中心處插插有聯(lián)接紅墨墨水的針形細(xì)細(xì)管，分別用用閥A、B調(diào)節(jié)清水與紅紅墨水的流量量。雷諾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的結(jié)果表明明，當(dāng)玻璃管管內(nèi)水的流速速較小時(shí)，紅紅墨水在管中中心呈明顯的的細(xì)直線，沿沿玻璃管的軸軸線通過全管管。第四節(jié)流流體阻力如圖1-16（a）所示。隨著逐逐漸增大水的的流速，作直直線流動(dòng)的紅紅色細(xì)線開始始抖動(dòng)、彎曲曲、呈波浪形形，如圖1-16（b）所示。速度再再增大，紅色色細(xì)線斷裂、、沖散，全管管內(nèi)水的顏色色均勻一致，，如圖1-16（c）所示。圖1-16雷諾實(shí)驗(yàn)中染色線的變化情況第四節(jié)流流體阻力2．流動(dòng)類型及及其判定雷諾實(shí)驗(yàn)揭示示了重要的流流體流動(dòng)機(jī)理理，即流體有有兩種截然不不同的流動(dòng)類類型。當(dāng)流速速較小時(shí)，流流體質(zhì)點(diǎn)沿管管軸做規(guī)則的的平行直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)，與其周周圍的流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間互不干干擾及相混，，即分層流動(dòng)動(dòng)。這種流動(dòng)動(dòng)型態(tài)稱作層層流或滯流。。流體流速增增大到某一值值時(shí)，流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)除流動(dòng)方方向上的運(yùn)動(dòng)動(dòng)之外，還向向其他方向做做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，，即存在流體體質(zhì)點(diǎn)的不規(guī)規(guī)則脈動(dòng)，彼彼此混合。這這種流動(dòng)型態(tài)態(tài)稱作湍流或或紊流。第四節(jié)流流體阻力雷諾進(jìn)行的實(shí)實(shí)驗(yàn)研究還表表明，流體的的流動(dòng)狀況不不僅與流體的的流速有關(guān)，，而且與流體體的密度、黏黏度和管徑有有關(guān)。雷諾將將這些因素組組合成一個(gè)數(shù)數(shù)群，用以判判斷流體的流流動(dòng)類型。這這一數(shù)群就稱稱作雷諾數(shù)，，用表示：（1-30））雷諾數(shù)是沒有有單位的。由由幾個(gè)物理量量按照沒有單單位的條件組組合的數(shù)群，，稱為特征數(shù)數(shù)或準(zhǔn)數(shù)。這這種組合一般般都是在大量量實(shí)踐的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，對(duì)影響響某一現(xiàn)象或或過程的各種種因素有了一一定認(rèn)識(shí)之后后，利用物理理分析或數(shù)學(xué)學(xué)推導(dǎo)或兩者者相結(jié)合的方方法產(chǎn)生的。。它既反映所所包含的各物物理量的內(nèi)在在關(guān)系，并能能說明某一現(xiàn)現(xiàn)象或過程的的一些本質(zhì)。。雷諾數(shù)即是是反映了上述述四個(gè)因素對(duì)對(duì)流體流動(dòng)類類型的影響，，因此Re數(shù)值的大小，，可以作為判判別流體流動(dòng)動(dòng)類型的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。第四節(jié)流流體阻力雷諾數(shù)是沒有有單位的。由由幾個(gè)物理量量按照沒有單單位的條件組組合的數(shù)群，，稱為特征數(shù)數(shù)或準(zhǔn)數(shù)。這這種組合一般般都是在大量量實(shí)踐的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，對(duì)影響響某一現(xiàn)象或或過程的各種種因素有了一一定認(rèn)識(shí)之后后，利用物理理分析或數(shù)學(xué)學(xué)推導(dǎo)或兩者者相結(jié)合的方方法產(chǎn)生的。。它既反映所所包含的各物物理量的內(nèi)在在關(guān)系，并能能說明某一現(xiàn)現(xiàn)象或過程的的一些本質(zhì)。。雷諾數(shù)即是是反映了上述述四個(gè)因素對(duì)對(duì)流體流動(dòng)類類型的影響，，因此Re數(shù)值的大小，，可以作為判判別流體流動(dòng)動(dòng)類型的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)當(dāng)Re＜2000時(shí)，流體的流流動(dòng)類型屬于于層流，稱為為層流區(qū)；當(dāng)當(dāng)Re＞4000時(shí)，流體的流流動(dòng)類型屬于于湍流，稱為為湍流區(qū)；當(dāng)當(dāng)Re數(shù)值在2000與4000之間時(shí)，，流動(dòng)狀態(tài)是是不穩(wěn)定的，，稱為過渡區(qū)區(qū)。這種流動(dòng)動(dòng)受外界條件件的影響，易易促成湍流的的發(fā)生，所以以過渡區(qū)的阻阻力計(jì)算，應(yīng)應(yīng)按湍流流動(dòng)動(dòng)處理。需要指出的是是，流動(dòng)雖分分為層流區(qū)、、湍流區(qū)和過過渡區(qū)，但流流動(dòng)類型只有有層流和湍流流。在實(shí)際生生產(chǎn)中，流體體的流動(dòng)類型型多屬于湍流流。第四節(jié)流體阻力3．當(dāng)量直徑徑如果管路的截截面不是圓形形，Re計(jì)算式中的應(yīng)應(yīng)用當(dāng)當(dāng)量直徑代替替。按按下式計(jì)算按按下式計(jì)算（1-31））對(duì)于邊長(zhǎng)為a和b的長(zhǎng)方形管路路，則（1-32））對(duì)于套管環(huán)隙隙的當(dāng)量直徑徑，若外管的的內(nèi)徑為，，內(nèi)管的的外徑為，，如圖1-17所示，則第四節(jié)流體阻力（1-33））當(dāng)量直徑的計(jì)計(jì)算方法，完完全是經(jīng)驗(yàn)性性的。只能用用于非圓形管管路，不能把把當(dāng)作直徑d來計(jì)算其截面面積。三、圓管內(nèi)流流體的速度分分布由于流體流動(dòng)動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間和流流體與管壁之之間都有摩擦擦阻力。因此此，靠近管壁壁附近處的流流層流速較小小，附在管壁壁上的流層流流速為零，離離管壁越遠(yuǎn)流流速越大，在在管中心線上上流速最大。在流量量方程式中流流體的流速是是指平均流速速。但層流與與湍流時(shí)在管管道截面上的的流速分布并并不一樣，第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力所以以流流體體的的平平均均流流速速與與最最大大流流速速的的關(guān)關(guān)系系也也不不相相同同。。見見圖圖1-18圖1-18速度分布曲線第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力1．．層層流流時(shí)時(shí)的的速速度度分分布布2．湍湍流流時(shí)時(shí)的的速速度度分分布布應(yīng)當(dāng)當(dāng)指指出出，，在在湍湍流流時(shí)時(shí)無無論論流流體體主主體體湍湍動(dòng)動(dòng)的的程程度度如如何何劇劇烈烈，，在在靠靠近近管管壁壁處處總總粘粘附附著著一一層層作作層層流流流流動(dòng)動(dòng)的的流流體體薄薄層層，，稱稱為為流流體體邊邊界界層層。。其其厚厚度度雖雖然然很很小小，，但但對(duì)對(duì)流流體體傳傳熱熱、、傳傳質(zhì)質(zhì)等等方方面面影影響響很很大大。。層層流流邊邊界界層層的的厚厚度度與與Re有關(guān)關(guān)，，Re值越越大大，，厚厚度度越越小??；；反反之之越越大大。。第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力四、、流流體體阻阻力力的的計(jì)計(jì)算算流體體在在管管路路中中流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的阻阻力力可可分分為為直直管管阻阻力力（（或或稱稱沿沿程程阻阻力力））和和局局部部阻阻力力兩兩部部分分。。直管管阻阻力力：：流流體體流流經(jīng)經(jīng)一一定定管管徑徑的的直直管管時(shí)時(shí)，，由由于于流流體體的的內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的阻阻力力。。局部部阻阻力力：：流流體體流流經(jīng)經(jīng)管管路路中中的的管管件件、、閥閥門門或或突突然然擴(kuò)擴(kuò)大大與與縮縮小小等等局局部部障障礙礙所所引引起起的的阻阻力力。。流體體阻阻力力除除用用損損失失能能量量表表示示外外；；也也經(jīng)經(jīng)常常用用損損失失壓壓頭表表示示；；有有時(shí)時(shí)還還用用相相當(dāng)當(dāng)?shù)牡膲簤毫α到当肀硎臼尽?。第四四?jié)節(jié)流體體阻阻力力1．．直直管管阻阻力力的的計(jì)計(jì)算算由實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)可可知知，，流流體體在在圓圓形形直直管管中中流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的損損失失能能量量可可按按下下式式進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算。。（1-36））式中中————流流體體在在圓圓形形直直管管中中流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的損損失失能能量量，，J/kg；；———管管長(zhǎng)長(zhǎng)，，m；———管內(nèi)內(nèi)徑徑，，m；———?jiǎng)幽苣埽?，J/kg；———摩擦擦系系數(shù)數(shù)，，無無單單位位。。第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力摩擦擦系系數(shù)數(shù)與與管管內(nèi)內(nèi)流流體體流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的雷雷諾諾數(shù)數(shù)Re有關(guān)關(guān)，，也也與與管管道道內(nèi)內(nèi)壁壁的的粗粗糙糙程程度度有有關(guān)關(guān)，，這這種種關(guān)關(guān)系系隨隨流流體體流流動(dòng)動(dòng)的的類類型型不不同同而而不不同同。。（1））層層流流時(shí)時(shí)的的摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)流流體體作作層層流流流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)只只與與雷雷諾諾數(shù)數(shù)Re有關(guān)關(guān)，，而而與與管管壁壁的的粗粗糙糙程程度度無無關(guān)關(guān)。。通通過過理理論論推推導(dǎo)導(dǎo)，，可可以以得得出出與與Re的關(guān)關(guān)系系。。（1-37））第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力（2））湍湍流流時(shí)時(shí)的的摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)當(dāng)當(dāng)流流體體呈呈湍湍流流時(shí)時(shí)，，摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)與與雷雷諾諾數(shù)數(shù)Re及管管壁壁粗粗糙糙程程度度都都有有關(guān)關(guān)。。由由于于湍湍流流時(shí)時(shí)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的復(fù)復(fù)雜雜性性，，現(xiàn)現(xiàn)在在還還不不能能從從理理論論上上推推算算值值，，通通常常是是通通過過實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，，將將與與Re的函函數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系標(biāo)標(biāo)繪繪在在雙雙對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)坐坐標(biāo)標(biāo)系系中中，，如如圖圖1-19所所示示。。圖圖中中所所指指的的光光滑滑管管一一般般是是玻玻璃璃管管、、有有色色金金屬屬管管、、塑塑料料管管等等；；粗粗糙糙管管是是指指鑄鑄鐵鐵管管、、鋼鋼管管、、水水泥泥管管等等。。這這樣樣粗粗過渡流時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)隨外界條件的影響而出現(xiàn)不同的類型，摩擦系數(shù)也因之出現(xiàn)波動(dòng)。工程計(jì)算中一般按湍流處理，將相應(yīng)湍流時(shí)的曲線延伸，以便查取值。第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力圖1第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力（3））非非圓圓形形管管的的直直管管阻阻力力當(dāng)當(dāng)流流體體流流經(jīng)經(jīng)非非圓圓2．局部阻力的計(jì)算局部阻力的計(jì)算，通常采用兩種方法：當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。（1）當(dāng)量長(zhǎng)度法將某一局部阻力折合成相當(dāng)于同直徑一定長(zhǎng)度直管所產(chǎn)生的阻力，此折合的直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)表示。即

（1-38）第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力值由由實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)定定，，列列于于表表1-2，，圖圖1-20。。例例如如，，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)彎彎頭頭的的值值為為15，，如如這這種種彎彎頭頭配配置置在在φ108××4mm的管管路路上上，，則則它它的的當(dāng)當(dāng)量量直直徑徑＝＝15××(108-2××4)＝＝1500mm＝＝1.5m。。（2）阻阻力力系系數(shù)數(shù)法法阻力力地地認(rèn)認(rèn)為為阻阻力力系系數(shù)數(shù)法法近近似似地地認(rèn)認(rèn)為為局局部部阻阻力力損損失失服服從從速速度度平平方方定定律律，，即即區(qū)性性（（1-39）式中中為為局局部部阻阻力力系系數(shù)數(shù)，，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱阻阻力力系系數(shù)數(shù)。。其其值值由由實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)定定，，列列于于表表1-3。。第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力表1-2各各種種管管件件、、閥閥門門及及流流量量計(jì)計(jì)等等以以管管徑徑計(jì)計(jì)的的當(dāng)當(dāng)量量長(zhǎng)長(zhǎng)度度第四四節(jié)節(jié)流體體阻阻力力3．．管管路路總總阻阻力力的的計(jì)計(jì)算算管路路系系統(tǒng)統(tǒng)的的總總阻阻力力包包括括了了所所取取兩兩截截面面間