2.变密度(或称可压缩)流体:指流体密度为变量的流体 通常指气体,且在所考虑的问题范围内,密度有较大相对变化 时,才视为变密度流体。 流体的密度由实验测得。对于理想气体,密度值的计算方 法如下: 因为 PV= nRT=(G/M)RT (1-3) 故 P=G/V=PM/RT (1-4) 式中P—一静压,Pa,只能用绝对压强 M—一气体的相对分子质量; R—气体通用常数,R=8314J/( knol. K); T—气体的绝对温度,K; p-理想气体的密度,kgm3; G—气体的质量,kg; V-一气体的体积,m3。 第二节流体的动力学原理 上一节,我们主要讨论了流体处于相对静止时的基本性质 但在废水处理中碰到的绝大多数是流体通过管道和设备而流动 的情况,故本节着重讨论流体流动时的一些基本规律。其主要 内容有:流体的流量和流速,两种不同类型的流动,流体流.办时 的压强,流体流动时的阻力,流体的粘度等。 (一)流体的流量和流速 在单位时间内,通过管横断面的流体量叫做流量。如果流 体量用体积表示,叫做体积流量;用质量表示叫做质量流量。例 如,1s内从一根管路中流过20kg废水,那么废水在管内的质量
流量郎为20kg/ 流体在单位时间内所流经的行程叫做流速:流速可用 cm/s、m/s、m/h等单位表示。流体沿着管子流动时,由于流体存 在内摩擦力,所以管内的有效横断面上的液体质点在各点的流 速并不相同。如图1-1所示,与管壁相接触的液体质点的速度 图1-1管内的流速分布 等于零;在有效橫断面上,液体质点的流速随其位置而变化,越 靠近管中心处流速越大,在管中心处流速最大。我们平常所指 的流体在管内的流速是一个平均速度,可用下式求得。 r/s 式中 流体平均速度,m/s; v—一流体体积流量,m3/s; S——管横断面积,m2。 在废水处理中,流体在管内流速的大致范圄如表1-1所示。 袁1-〔某些流体在管内的流速范圈 名 称 流速范围 (m 般液体(水及粘度比水低的液体) 粘度较大的液体(如浓硫酸及油类) 0.5~1
续表 名 称 沉速范围 (m/s) 常压气体 8-15 压强较高的气体 l5~25 饱和水蒸气 20~30 过热水蒸气 30~5 (二)流体的粘度 流体的粘度是关于流体流动状况和流动阻力的一个重要参 数。实际流体在流动过程中具有反抗发生速度差异的本性,这 种本性叫做流体的粘性。流体具有粘性的原因:①分子间有引 力;②分子作热运动。 液体与气体产生粘性的主要原因不同,液体的粘性主要由 分子引力引起,气休的粘性主要由分子运动引起。 同一流体粘度的变化,主要取决于温度。实验证明:温度升 高,液体的粘度下降,气体的粘度增大。而压力对液体和气体的 粘度影响很小:在较大的压力变化范围内,流体的粘度可视为 不变。只有在极高压或高真空下的气体.其粘度才随压力的增 大而增大,或随压力的降低而降低。 粘度的大小可用动力粘度和运动粘度等表示。我们平常惯 称的粘度即为动力粘度,粘度的单位是用符号Pa·s表示,称为 (帕[斯卡]秒)。在“厘米克秒单位制中,粘度的单位是用符 号P或cP表示,称为[泊]或[厘泊]。动力粘度和同温度下液体 密度的比值叫运动粘度,单位是m2/s。动力粘度单位间的换算 关系为:1P=100cP=0.1Pa·s=100ma·s、lPa·s=1000 ma·s(毫帕秒)、1cP=ImPa·s
(三)流体流动的两种形态 液体运动时由于速度不同,会出现两种不同类型的流动,这 可从下述试验来说明 试验装置如图1-2所示。容器1和容器2由一根玻璃管 相连接,其中装有水,水可从容器1经玻璃管流入容器2,水在 管内流速靠容器2下部的阀门调节。在管的进口处用另--细管 导进染有红色的水。当调节阀门,改变水的流速时,可以明显看 出管屮的红色水线会出现不同的状态:当流速很小时,管中的红 色水线很清晰,流动层次分明,我们把这种流态叫层流(或滞 流);当流速增加时,红色水线开始摆动;速度继续加大到某一值 时,流动状态突然变化,红色水线由摆动转变成漩涡状,进而混 淆于整个管内。我们把这种流体质点无序运动的流态叫做湍流 (或紊流)。由此可见,流速对流动状态的影响是很明显的。 进水 毫水流线玻璃管 阀门 溢流水 2 VY YXY 图1-2雷诺试验 采用不同粗细的管子和不同粘度、密度的液体进行这项试 验,还可以证明流体的流动状态和管的直径,液体的粘度、密度 等因素有关。液体流速较大、管径较粗、液体粘度较小,易产生 湍流;相反,则易产生层流。在层流和湍流两种流动状态下,流
体所長现的一些性质完全不同,因此,确定一个流体的流动状态 是层流还是湍流,具有重要的实际意义。 雷诺曾改变液体种类及管径重复上述试验,最后归纳出 个重要结论流型的判断取决于一个无因次的综合指标(Re= d如y/pa)。为纪念雷诺,这一综合指标称为“雷诺准数”。经实践 证明,当液体在管内流动时,若雷诺数小子1000,则液体流动是 层流;雷诺数大于4000,液体流动是湍流;当雷诺数在1000 4000范围内,液体的流动既可能是层流,也可能是湍流。所以, 任何液体在管内的流动状态,可由雷诺数值判别。 在层流与淌流这两种不同的流型中,流体质点有不同的运 动特性,势必对同一平截面的流体质点速度分布情况产生影响。 图1-3是管流时层流及湍流的流速侧形。 (a)层流 (b)湍流 图1-3实测的管流流速侧形 层流时,同一平截面上点速度沿半径方向呈抛物线规律变 化。湍流时,流速分布线中心部分较平,只有在近管壁处才有 较陡的降落。湍流的主流部分因有旋涡活动,有流体质点在不 同流速的流层间穿插,故流速变化小。 四)流体流动时的压强 研究流体运动时发现,流体的压强跟它的流速有关,流体的 速度越大,其压强就越小;反之,流体的速度越小,其压强就越