专题二 流体在不同条件下的观察与测定（课件）-《化工单元操作》（化工社）专题复习讲练测

专题二 流体在不同条件下的观察与测定 《化工单元操作》（第1版）化工社 专题复习讲练测 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 CONTENTS 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.常考习题练习与讲解 04 四.课内练习与讲解 05 五.课堂小结 目录 考纲解读 01 层流与湍流的定义及特点：准确描述层流和湍流各自的流动特点，如层流的平稳性、湍流的紊乱性。 雷诺实验实验目的与原理：理解雷诺实验是为了观察流体流动形态转变及其影响因素。 伯努利方程应用场景：利用伯努利方程分析流体在不同位置的压力、速度和高度关系。 了解差压式流量计和转子流量计的特点和适用的流体类型及工况。 常见考点： 01 1.准确描述层流和湍流的特点，能解释产生层流和湍流的条件及影响因素。 02 03 考纲解读 01 2.理解雷诺实验的目的、原理和实验装置。掌握雷诺数的计算方法及其在判断流体流动形态中的作用。 3.熟练写出伯努利方程的表达式，并解释各项的物理意义。 考试要求： 考纲解读 01 选择题 关于层流与湍流的特点，说法正确的是、雷诺实验中，用来判断流体流动形态的参数是 简答题 简述雷诺实验的过程及结论、说明伯努利方程中各项的物理意义 计算题 已知某流体的相关参数，利用伯努利方程计算两点间的压力差或高度差等 易考题型： 考纲解读 01 知识点思维导图： 知识点梳理和重点概念复习 02 一、层流与湍流 流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流，如图1-17所示。 层流(或称滞流)时，流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，流体分为若干层平行向前流动，质点之间互不混合； 湍流(或称紊流)时，流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时发生变化，质点互相碰撞和混合。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 二、雷诺实验 雷诺实验装置如图所示。图中储槽水位通过溢流保持恒定，高位槽内为有色液体，与高位槽相接的细管喷嘴保持水平，并与水平透明水管的中心线重合，实验时，两管内的流速可以通过阀门调节。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 打开水管上的调节阀，使水进行稳定流动，将细管上的阀门也打开，使高位槽内的有色液体从喷嘴水平喷入水管中，改变水管内水的流速，可以发现三种不同的实验结果： 当流速较低时，有色液体呈一条直线在水管内流动； 随着水管内水的流速的增加，这条线开始变曲并抖动起来； 继续增加水管内水的流速，当增加到某一流速时，有色液体一离开喷嘴就立即与水均匀混合并充满整个管截面。 这说明，流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 三、流体流动形态的判定 流体的流动形态可以通过雷诺数Re来判定。 Re的大小反映了流体的湍动程度，Re越大，流体湍动程度越强。 （1）当Re2000时，流动为层流，此区称为层流区； （1）当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； （3）当2000<Re<4000时，可以看作是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者看作是两者的共同贡献，而不是一种独立的流动形态。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 四、伯努利方程 流体流动时主要有三种能量会发生变化：位能、动能和静压能，这三种能量均为机械能。 如图1-20所示，对于理想流体，各截面的机械能是守恒的，即： 此方程称为理想流体的伯努利方程。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 五、流量计 测量流体流量的仪表一般叫流量计。测量流量的方法很多，其测量原理和所应用的仪表结构形式各不相同，因而分类方法也较多。 (1)速度式流量计 这是一种以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表，常见的有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计等。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 (2)容积式流量计 这是一种以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表，常见的有椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。 知识点梳理： (3)质量流量计 这是一种以测量流体流过的质量为依据的流量计。常见的有量热式、角动量式、陀螺式和科里奥利力式等质量流量计。质量流量计具有测量精度不受温度、压力、黏度等变化影响的优点，是未来发展中值得期待的流量测量仪表。 知识点梳理和重点概念复习 02 六、转子流量计 它是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒定压降、改变节流面积的流量测量方法。转子流量计如图1-22所示。它是由一个截面积自下而上逐渐扩大的锥形管构成，管上标有刻度，管内装有一个由金属或其他材料制作的转子，转子可以在锥形管内自由地上升和下降，当流体流过转子时，能推转子旋转，因此称为转子流量计。当转子停留时，转子最大截面积对应的刻度即为此时的流量。转子停留的位置越高，则流量越大。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 重点概念复习： 1.层流：或称滞流时，流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，流体分为若干层平行向前流动，质点之间互不混合。 2.湍流：或称紊流时，流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时发生变化，质点互相碰撞和混合。 3.流体流动能量变化：流体流动时主要有三种能量会发生变化，分别是位能、动能和静压能，这三种能量均为机械能。 4.速度式流量计：这是一种以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表，常见的有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计等。 常考习题练习与讲解 03 选择题 1.流体流动的雷诺数与( )无关。 A.管道直径 B.流体流速 C.流体黏度 D.管道长度 答案： D。 解析：雷诺数是用来判断流体流动状态的一个无量纲数，从其公式可以看出，雷诺数与管道直径、流体流速、流体黏度有关，而与管道长度无关。 常考习题练习与讲解 03 选择题 2.当圆形直管内流体的Re值为45600时，其流动形态属( )。 A.层流 B.湍流 C.过渡状态 D.无法判断 答案：B。 解析：当雷诺数 Re＞4000 时，流动形态为湍流。已知 Re 值为 45600，大于 4000，所以其流动形态属湍流。 常考习题练习与讲解 03 选择题 3.层流与湍流的本质区别是( )。 A.湍流流速大于层流流速 B.流道截面大的为湍流，截面小的为层流 C.层流的雷诺数大于湍流的雷诺数 D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动 答案： D。 解析：层流与湍流的本质区别在于流体的流动状态不同。层流无径向脉动；而湍流有径向脉动。 常考习题练习与讲解 03 选择题 4.流动流体所具有的机械能不包括( ）。 A.位能 B.动能 C.静压能 D.内能 答案：D。 解析：流动流体所具有的机械能包括位能、动能和静压能。而内能是流体内部微观粒子所具有的能量，不属于流动流体所具有的机械能。 常考习题练习与讲解 03 选择题 5.容积式流量计的误差主要来源于（ ）。 A. 泄漏 B. 磨损 C. 温度变化 D. 压力变化 答案：A。 解析：容积式流量计的误差主要来源于泄漏。 常考习题练习与讲解 03 选择题 6.在流体流动形态中，过渡流是介于（ ）之间的流动状态。 A. 层流和湍流 B. 静止和流动 C. 液体和气体 D. 高速和低速 答案：A。 解析：过渡流是介于层流和湍流之间的流动状态。 常考习题练习与讲解 03 选择题 7.伯努利方程中的压力项表示的是（ ）。 A. 绝对压力 B. 表压力 C. 真空度 D. 相对压力 答案：A。 解析：伯努利方程中的压力项表示的是绝对压力。 常考习题练习与讲解 03 选择题 8.层流时，流体的速度分布呈（ ）。 A. 抛物线状 B. 直线状 C. 紊乱状 D. 不确定 答案：A。 解析：层流时，流体的速度分布呈抛物线状。 常考习题练习与讲解 03 判断题 1.流体质点在管内彼此独立、互不干扰地向前运动的流动形态是湍流。 ( ） 答案：错误。 解析：流体质点在管内彼此独立、互不干扰地向前运动的流动形态是层流。湍流是紊乱的流动，流体质点之间相互混合、干扰。 常考习题练习与讲解 03 判断题 2.管内流体是湍流时所有的流体都是湍流。 ( ) 答案：错误。 解析：管内流体是湍流时，只是总体呈现湍流的流动形态，但在靠近管壁的区域可能存在一层很薄的流体呈层流状态，称为层流底层。所以并不是管内所有的流体都是湍流。 常考习题练习与讲解 03 判断题 3.雷诺数Re≥4000时，一定是层流流动。 ( ) 答案：错误。 解析：雷诺数 Re≤2000 时，流体流动形态为层流；当雷诺数 Re≥4000 时，流体流动形态为湍流；当 2000＜Re＜4000 时，为过渡流。所以雷诺数 Re≥4000 时，一定是湍流流动，而不是层流流动。 常考习题练习与讲解 03 判断题 4.流体发生自流的条件是上游的能量大于下游的能量。 ( ) 答案：正确。 解析：流体发生自流是由于上游具有较高的能量，使得流体能够在自身能量差的作用下从上游流向下游，所以当上游的能量大于下游的能量时，流体可以发生自流。 常考习题练习与讲解 03 判断题 5.如无外加能量，有损失能量，则上游截面处流体的总机械能比下游截面处流体的机械能小。 ( ) 答案：正确。 解析：如没有外加能量，且存在能量损失，那么流体在流动过程中总机械能会逐渐减少。所以上游截面处流体的总机械能比下游截面处流体的机械能小。 常考习题练习与讲解 03 填空题 1.流体流动形态的判定除了雷诺数，还可以通过 来判断。 答案：观察流体的流动状态。 解析：可以直接观察流体的流动是否有规则、是否紊乱来初步判断流动形态。 常考习题练习与讲解 03 填空题 2.差压式流量计的节流装置有 、 、 等。 答案：孔板、喷嘴、文丘里管。 解析：这些是常见的差压式流量计节流装置。 常考习题练习与讲解 03 填空题 3.湍流的特点是流体质点 、 地流动。 答案：相互混合、紊乱。 解析：湍流时流体质点相互混合、干扰，流动紊乱无规则。 常考习题练习与讲解 03 填空题 4.差压式流量计是利用 原理工作的。 答案：伯努利方程。 解析：差压式流量计基于伯努利方程，通过测量流体的压差来计算流量。 常考习题练习与讲解 03 填空题 5.雷诺实验中改变流体流动形态的因素主要有 、 、 。 答案：流速、管径、流体的密度和粘度。 解析：这些因素影响雷诺数，从而改变流体的流动形态。 课内练习与讲解 04 计算题 1.293K的水在内径为50mm的直管内流动，流速为1m/s，试计算雷诺数，并判断流动型态。 已知管径d=50mm=0.05m，流速u=1m/s 课内练习与讲解 04 计算题 2.密度为1500kg/m³，黏度为2Pa·s的液体，在φ68mm×4mm管内流动。流速为5m/s，计算雷诺数Re，并判断流动型态。 答：Re为225，流动型态为层流。 解析：层流的能量损失主要是由粘性内摩擦力引起，能量损失较小；湍流的能量损失除了粘性内摩擦力外，还有因质点碰撞和混合产生的能量损失，能量损失较大。 课内练习与讲解 04 简答题 1.层流和湍流在能量损失方面有何不同？ 解析：层流的能量损失主要是由粘性内摩擦力引起，能量损失较小；湍流的能量损失除了粘性内摩擦力外，还有因质点碰撞和混合产生的能量损失，能量损失较大。 课内练习与讲解 04 简答题 2.转子流量计的测量原理是什么？ 解析：转子流量计是通过改变流通面积来保持转子上下的压差恒定，从而根据转子的位置来测量流量。 课内练习与讲解 04 简答题 3.简述伯努利方程的物理意义。 解析：伯努利方程表明在理想流体稳定流动中，单位体积的动能、重力势能和压力能之和为一常量。 课内练习与讲解 04 简答题 4.简述什么是层流？ 解析：层流是指流体在管内流动时，流体质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动，各质点互不干扰，层次分明的流动状态。 课内练习与讲解 04 简答题 5.举例说明生活中哪些现象与层流或湍流有关？ 解析：如输液时药液在输液管中的流动通常为层流，而河流中的水流在某些情况下可能为湍流。 课堂小结 05 在本节课程中，我们深入学习了多个重要的知识点。 首先，我们认识了层流与湍流这两种主要的流体流动形态。层流平稳有规则，而湍流则紊乱无章。通过雷诺实验，我们了解到可以用雷诺数来判定流体的流动形态，为我们准确判断流体状态提供了科学依据。在流体流动形态的判定基础上，我们学习了伯努利方程。这个方程让我们明白了流体的压力、速度和高度之间的关系。差压式流量计和转子流量计的学习，让我们掌握了不同类型流量计的工作原理和适用范围。差压式流量计利用伯努利方程原理，通过测量压差来确定流量；转子流量计则根据流体对转子的作用力来测量流量。 通过本次课程的学习，我们对流体在不同条件下的行为有了更深入的理解，为今后在实际工作和生活中应用流体知识打下了坚实的基础。 课堂小结 05 重点复习知识点 1.流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流。 ​2.流体流动形态的判定：当Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；当2000<Re<4000时，可以看作是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者看作是两者的共同贡献，而不是一种独立的流动形态。 ​3.流体流动时主要有三种能量会发生变化：位能、动能和静压能，这三种能量均为机械能。 ​4.转子流量计：是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒定压降、改变节流面积的流量测量方法。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢观看 $$