管内流体流动中的基本方程式ppt课件.ppt

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1、1.2管内流体流动的基本方程式一、流速与流量1.流量①含义：单位时间流过管道任一截面的物质量。②体积流量：单位时间内流体流过管道任一截面的体积.qV——m3/s或m3/h④换算关系：qm＝qv·ρ③质量流量：单位时间内流体流过管道任一截面的质量.qm——kg/s或kg/h2、流速①点速度体积流量相等②平均流速单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。③质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。kg/（m2·s）流量与流速的关系：对于圆形管道流量qV一般由生产任务决定。流速选择：二、管径的估算↑→d↓→设备费用↓流动阻力

2、↑→动力消耗↑→操作费↑均衡考虑uu适宜费用总费用设备费操作费常用流体适宜流速范围：水及一般液体1~3m/s粘度较大的液体0.5~1m/s低压气体8~15m/s压力较高的气体15～25m/s例:水管的流量为45m3/h,试选择水管的型号.解:取u=1.5m/s查附录,选择DN100mm(4in),即φ114mm×4mm的水煤气管水在管内的实际流速三、稳态流动与非稳态流动稳态流动：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；非稳态流动：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。四、连续性方程式对于

3、稳态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：推广至任意截面——连续性方程式1122不可压缩性流体，圆形管道：即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。管路有分支例如附图所示，管路由一段φ89mm×4mm的管1、一段φ108mm×4mm的管2和两段φ57mm×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10-3m3/s的体积流量流动，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。3a123b解：管1的内径水在管1中的流速管2的内径水在管2中的流速管3a及3b的内径水在分支管路3a、3b中的流量

4、相等水在管3a和3b中的流速五、稳态流动系统的机械能守恒(伯努利方程)1.总能量衡算（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。衡算范围：1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：1kg流体位能基准面：0-0′水平面（2）位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为gz（J/kg）。能量分析:（3）动能流体有一定流速而具有的能量1kg的流体所具有的动能（4）静压能流体有一定静压力而具有的能量流体带入系统的静压能1kg的流体所具有的静压能(J/kg)（5）热设换热器向

5、1kg流体提供的热量为qe(J/kg)。质量为m、体积为V的流体通过截面A推进流体进截面A的作用力为pA流体通过截面A所走的距离为V/A，（6）外功(有效功)1kg流体从流体输送机械所获得的能量为W(J/kg)。以上能量形式可分为两类：机械能：位能、动能、静压能及外功，可用于输送流体；内能与热：不能直接转变为输送流体的能量。2．实际流体的机械能衡算假设流体不可压缩，则(1)以单位质量流体为基准流动系统无热交换，则流体温度不变，则设1kg流体损失的能量为Σhf（J/kg），有：式中各项单位为J/kg。（2）以单位重量流体为基准(

6、1)/g:式(2)中各项单位位压头动压头静压头外加压头压头损失总压头（3）以单位体积流体为基准(1)×ρ，得式中各项单位:压力损失(4)效率η有效功率，指单位时间内流体从流体输送机械(如泵、风机)获得的机械能轴功率，指电机输入流体输送设备(如泵、风机)的功率3．理想流体的机械能衡算理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。伯努利方程式4.伯努利方程的讨论(1)若流体静止，u=0，Σhf=0，he=0，则伯努利方程变为（2）理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，即(3）伯努利方程式适用于不可压缩性流体。(4)对于可压

7、缩流体，当(p1-p2)/p1<20%时，仍可用该方程计算，但式中的密度ρ应以两截面的平均密度ρm代替。（5）输送液体的方法抽送液体输送机械送液压缩空气送液高位槽送液抽送液体4．伯努利方程的应用管内流体的流量；输送设备的功率；管路中流体的压力；容器间的相对位置等。利用伯努利方程与连续性方程，可以确定：（1）根据题意绘制流动系统示意图标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围；（2）选取位能基准面必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。使

8、用步骤：（4）定压力基准压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。（3）选取截面与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是定态连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。注意点若截面之一为容器的截面，另一为管子的截面。当容器截面很大如贮槽，容器内的流速相对于管内流速一般很小，u