化工原理南京理工大学流体流动流体动力学

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1、化工原理（上）第一章流体流动——（2）流体动力学1.2流体动力学1.2.1流体的流量与流速1.2.2稳定流动与不稳定流动1.2.3稳定流动系统的质量守恒——连续性方程1.2.4稳定流动系统的能量守恒——柏努利方程1.2.1流体的流量与流速一、流量1.体积流量单位时间内流经管道任意截面的流体体积。VS=V/t——m3/s或Vh=V/t——m3/h2.质量流量单位时间内流经管道任意截面的流体质量。wS＝w/t——kg/s或kg/h。两流量间关系：（1）m/s二、流速1.流速（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。（2）2.质量流速单位时间内流经管道单位

2、截面积的流体质量。kg/（m2·s）流量与流速的关系：（3）（4）对于圆形管道：流量VS由生产确定。流速选择：↑→d↓→设备费用↓流动阻力↑→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三、管径的估算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/s1.2.2稳定流动与不稳定流动不稳定流动：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。稳定流动：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；稳定流动系统任意截面——连续性方程1122（5）1.2

3、.3稳定流动系统的质量守恒——连续性方程不可压缩性流体，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。（6）（7）例1如附图所示，管路由一段φ89×4.5mm的管1、一段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm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。3a123b1.2.4稳定流动系统的能量守恒——柏努利方程一、总能量衡算衡算范围：1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：1kg流体基准面：0-0′水平面（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体

4、具有的内能为U（J/kg）。（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zg（J/kg）。（3）动能1kg的流体所具有的动能为(J/kg)（4）静压能1kg的流体所具有的静压能为(J/kg)（5）热设换热器向1kg流体提供的热量为qe(J/kg)。（6）外功(有效功)1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We(J/kg)。能量守恒（8）假设流体不可压缩，则(1)以单位质量流体为基准Σhf：1kg流体损失的机械能为（J/kg）式中各项单位为J/kg。二、实际流体的机械能衡算（9）（2）以单位重量流体为基准（10）式中各项单位为z——位压

5、头——动压头He——外加压头或有效压头。——静压头总压头ΣHf——压头损失（3）以单位体积流体为基准式中各项单位为（11）——压强损失理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。（12）（13）——柏努利方程式三、理想流体的机械能衡算（1）若流体处于静止，u=0，Σhf=0，We=0，则柏努利方程变为说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律。四、柏努利方程的讨论（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We、ΣWf——在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。（3）zg、、——某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能；有效功率

6、：轴功率：（4）柏努利方程式适用于不可压缩性流体。对于可压缩性流体，当时，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。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。利用柏努利方程与连续性方程，可以确定：五、柏努利方程的应用（1）根据题意画出流动系统的示意图，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）位能基准面的选取必须与地面平行；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。（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表

7、压。（3）截面的选取与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是稳定连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。例2如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液hpa管为φ45×2.5mm的钢管，要求送液量为3.6m3/h。设料液在管内的压头损失为1.2m（不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？例3在φ45×3mm的管路上装一文丘里管，文丘里管的上游接一压力表，其读数为5kPa，压力表轴心与管中心的垂直距离为0.3m，管内水的流速为1.5m/s，文丘里管的喉径为15mm。文丘里喉部接一内径为15mm的玻璃管，玻

8、璃管的下端