化工原理第一章(管内流体流动的基本方程式)ppt课件.ppt

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1、一、流量与流速二、定态流动与非定态流动三、连续性方程式四、能量衡算方程式五、柏努利方程式的应用第一章流体流动2021/7/28单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。若流量用体积来计量，称为体积流量qv；单位为：m3/s。若流量用质量来计量，称为质量流量qm；单位：kg/s。体积流量和质量流量的关系是：一、流量与流速1、流量2021/7/282、流速（1）平均流速流速是指单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。实验发现，流体质点在管道截面上各点的流速并不一致，而是形成某种分布。在工程计算中，为简便起见，常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。

2、定义平均流速为流体的体积流量与管道截面积之比，即：单位为m/s。习惯上，平均流速简称为流速。2021/7/28（2）质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流速，以w表示，单位为kg/（m2·s）。数学表达式为：对于圆形管道：质量流速与流速的关系为：2021/7/28流量与流速的关系为：质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量用w表示，单位为kg/(m2.s)。数学表达式为：对于圆形管道，——管道直径的计算式生产实际中，管道直径应如何确定？qV=uAqm=uAρ2021/7/283、管径的估算在化工生产中，管道材料在全部材料费中

3、占相当大的比重。若所选用的管径太大，则材料费用太大；若选用较小管径固然有利于降低材料费，但在一定的流量条件下，管径越小，流动阻力也随之增大，能耗也将相应增大。因此，管径太大或者太小都不利于降低生产成本，应该综和多方面的因素来确定。即：材料费＋能耗费＝最低（1）管径的选择原则2021/7/28uu适宜费用总费用材料费能耗费2021/7/282021/7/28（2）管径的确定一般化工管道为圆形，若以d表示管道的内径，则：式中，流量qv一般由生产任务决定；选定流速u后可用上式估算出管径，再圆整到标准规格。2021/7/28（3）流速u的选定适宜流速的选择应根据

4、经济核算确定，通常可选用经验数据。教材P50，表1－3给出了某些流体在管路中的常用流速范围。通常水及低粘度液体的流速为1～3m/s，一般常压气体流速为10m/s，饱和蒸汽流速为20～40m/s等。一般说来，密度大或粘度大的流体，流速取小一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取得大一些，以避免固体杂质沉积在管道中。2021/7/281、确定对象（输送的是何种流体）2、选择流速（见教材P50，表1－3）3、计算管径4、查找规格（见附录P381，二十一）管径的选择步骤2021/7/28管材规格的表示方法(1)外径×壁厚（Φx×ymm）如：Φ108×4mm，外径为

5、108mm，壁厚为4mm。(2)英寸[inch,in（缩写）]1英寸＝25.4mm，接近于管子的内径。如：2英寸的普通管子，其外径为60mm，壁厚为3.5mm，故内径为53mm，而：2英寸＝50.8mm(3)公称直径（Dg）——近似内径的名义尺寸如：Dg＝50mm的普通管，其外径为60mm，壁厚为3.5mm，故内径为53mm。2021/7/28公称直径的特点1、是近似内径的名义尺寸，并非真实直径；2、以mm为单位，并且是整数；3、按规格分成不同的等级，不能连续变化；4、封头、法兰的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称直径；5、对容器的筒体及封头来讲，公

6、称直径是指它的内径。2021/7/28例：今用一台水泵将水池中的水输送到一高位槽内，要求每小时输送10000kg，水的密度近似为1000kg/m3，试确定输水管的规格。2021/7/28二、稳定流动与不稳定流动1、稳定流动流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为稳定流动；2021/7/282021/7/282、不稳定流动若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非稳定流动。在化工厂中，连续生产的开、停车阶段，属于非稳定流动，而正常连续生产时，均属于稳定流动。本章重点讨论定态流动问

7、题。注意：定态与稳定态的区别2021/7/282021/7/282021/7/28在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算:衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段衡算基准：1s对于连续稳定系统：qm1qm2三、连续性方程2021/7/28如果把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：若流体为不可压缩流体——一维稳定流动的连续性方程2021/7/28对于圆形管道，表明：当体积流量qV一定时，管内流体的流速与管道直径的平方成反比。2021/7/28例如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm

8、的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10－3m/s的体积流量流动，且在两段分支