【5A文】化工原理总结.ppt

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1、第1章流体流动●本章主要内容：(1)静力学方程及其应用；(2)柏努力方程及其应用；(3)流动阻力及管路的计算；(4)流速及流量的测量。●本章重点：流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这些基本理论去分析和解决流体的输送问题。混合液体的密度：公式应用条件：混合前后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和。（3）气体密度的计算气体的密度随温度和压强而变化——液体混合物中各组分的质量分数当气体的压强不太高、温度不太低时，气体密度可按理想气体状态方程来计算。上式中的ρ0为标准状态下气

2、体的密度，T0、p0分别为标准状态下气体的绝对温度和绝对压强。混合气体的密度：（2）流体的粘度液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。国际单位制中粘度的单位为Pa•s物理单位制的粘度单位为P（泊）和cP（厘泊），它们的换算关系如下：1Pa•s=10P=1000cP（重点）粘度与密度之比称为运动粘度，以ν表示混合气体和液体的黏度用P141-8、1-9计算（1）压力的单位在SI制中，压力的单位

3、是N/m2，称为帕斯卡，以Pa表示。也可用其它单位表示：atm（标准大气压）、at（工程大气压），某流体柱高度或kgf/cm2等。（2）单位换算1at=9.81×104Pa=1.0kgf/cm2=10.0mH2O=735.6mmHg1atm=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg（3）压力的基准压力可以有不同的计量基准绝对压力:以绝对真空(即零大气压）为基准。表压：以当地大气压为基准。表压＝绝对压力－大气压力真空度＝大气压力－绝对压力（1）U形压差计在正

4、U形管中要求指示剂密度大于工作介质密度一、压强与压强差的测量1.3流体流动的基本方程1.3.1流量与流速(一)流量（1）体积流量：单位时间内流体流经管道任一截面的流体的体积，称为体积流量，以表示，其单位为m3/s或m3/h。（2）质量流量:单位时间内流体流经管道任一截面的流体的质量，称为质量流量，以表示，其单位为kg/s或kg/h。体积流量与质量流量之间的关系为（二）流速(1)平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。流量与流速关系为：u＝Vs/A（重点）(2)质量流速：单位时间

5、内流体流经管道单位截面的质量称为质量流速（massvelocity），以G表示，单位为kg/m2·s。G＝Ws/A=ρAu/A=ρu（重点）例1-3用内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速（取空气的平均分子量为Mm=28.9）。1.3.3连续性方程式根据质量守恒定律，从截面1-1进入的流体质量流量应等于从截面2-2流出的流体质量流量，即Ws1＝Ws2ρ1A1u1＝ρ2A2u2此关系可推广到管道的任

6、一截面，即ρAu＝常数。若液体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为Au＝常数。对于圆形管道，可得（重点）H称为压头或扬程，其物理意义为单位重量流体流经泵所获得的能量，单位为m。We为单位质量流体流经泵所获得的能量，也称为有效功，单位为J/kg。（非常重要）实际流体的柏努利方程式（单位质量）有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以Ne表示：（重点）离心泵的轴功率用N表示：实际流体的柏努利方程式（单位体积）,单位为Pa1.3.5柏努力方程式的应用（1）流量、流速；（2）容器的相对位置；（3）管路中的流体

7、压强；（4）管路中所需的外加能量。Ws的单位必须是kg/s层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动。（滞流）湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点还作剧烈的径向脉动。（紊流）层流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅有轴向运动，而且还有径向运动。Re≤2000时，流动类型为层流；Re≥4000时，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。1.4.2流体在圆管内流动时的速度分布层流流动时的速

8、度分布为抛物线形状。管中心的流速最大，向管壁的方向渐减，靠管壁的流速为零。平均速度为最大速度的一半。湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁较陡。Re↑，顶部越平坦，管壁越陡。（近似）u=0.82umax层流底层：δ，在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流体作层流流动，称为层流内层或层流底层。流体的湍流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传质、传热有重要影响。u↑,湍动程度↑，δ↓。1.5流体在管内的流动阻力流动阻力产生的内因是流体的粘性，外因是流动。流体在管内