石油化工工程基础知识

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1、石油化工工程基础知识——系列清洗技术培训课程任皞137011327802006年11月化工原理一、流体力学基本理论（1）基本概念①流体的密度ρ=m/v﹙kg/m³﹚②流体的压力р=F/A﹙N/m²﹚压力对流体的密度影响很小，可忽略不计，故液体可视为不可压缩流体；温度对液体的密度有一定影响，在查阅密度时要注明温度条件。③流量：单位时间内流过管道任意界面的流体量。流量常以体积流量Q和质量流量G表示。④流速：单位时间内流过的距离。⑤平均流速：在管截面中心处最大，越靠近管壁流速越小，在管壁处的流速为零。（2）流体静力学基本方程静止

2、液体内任意两点满足静力学方程：H1+P1/ρg=+P2/ρgP2=P0+ρgHH1H2H（3）管径的确定对于圆形管道，管径可以由下式d=4Qπν通常，由于流速的大小体现了操作费用的高低，而管径d的大小则体现了设备投资费用的多少，所以，对于较长的管道，两者要权衡考虑，以总费用最低为目标。（4）管子壁厚的选择管径确定后，管壁厚度应根据以下因素确定：◇承受的压力◇材质◇操作温度◇输送介质◇使用周期◇工作压力（5）稳态流动和不稳态流动任一截面处的流速、流量和压力等物理参数是否随时间变化，确定流动状态。对于圆形管道：v1/v2=(d

3、2/d1)²(6)伯努利方程式mU1+mgH1+mv²2+P1Q1+wm+qm=MU2+mgH2+mv²/2+P2Q2H1+v²/2g+P1/ρg+He=H2+v²/2g+P2/ρg+HfHe-外加功Hf-压头损失H1-位压头（总能量守恒）（机械能守恒）注意：总能量衡算中，动能、位能、压力能、外加功属于机械能；内能和热是非机械能。机械能和非机械能的区别是前者在流动过程中可以相互转化，既可以用于流体输送，也可以转变成热和内能；而后者不能直接转化为机械能用于流体的输送。（7）圆管内流体压力损失的计算雷诺数测量管内流体流量时往往

4、必须了解其流动状态、流速分布等。雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个无因次量。1883年，英国物理学家O.雷诺观察了圆管内的流动状态,首先提出:由层流向湍流的过渡取决于比值dup/μ（d为管子内径）。这个比值即雷诺数Re。式中的动力粘度η用运动粘度υ来代替，因η＝ρυ，则式中：υ——流体的平均速度；l——流束的定型尺寸；ρ、η一一在工作状态；流体的运动粘度和动力粘度ρ——被测流体密度；由上式可知，雷诺数Re的大小取决于三个参数，即

5、流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺寸一般取管道直径(D)，则当量直径等于水力半径的四倍。对于任意截面形状的管道，其水力半径等于管道戳面积与周长之比．所以长和宽分别为A和B，的矩形管道，其当量直径：用方形管传输流体，管道定型尺寸取当量直径(Dd)。对于任意截面形状管道用当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长之比计算，因此，雷诺数的计算公式为：数学模型为：Re=d·v·ρ/μ或Re=d·v/λ流速：v，管径d、密度ρ、黏度μ或λ雷诺采用不同的流体和不同的管径精心了多次试验，发现

6、：对于圆管内的流动，当Re〈2300时，流动总是层流；Re〉4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。对于平行流体流过光滑平板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在105～3×106之间。雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。实验表明：对于流体在管内的流动:（1）当Re<2000时，流动形态为层流；（2）当20004000时，为湍流状态。雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主

7、要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态在不同的流动状态下，流速的分布等都是不同的因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。在不同的流动状态下，流体的运动规律：光滑管道的雷诺数ReD与速度比V/Vmax的关系试验表明，外部条件几何相似时(几何相似的管子，流体流过几何相似的物体等)，若它们的雷诺数相等，则流体流动状态也是几何相似的(流体动力学相似)。这一相似规律正是流量测量节流装置标准化的基

8、础。可见，雷诺数确切地反映了流体的流动特性是流量测量中常用的参数．1）沿程流动阻力损失产生原因：流体流经一定管径的直管时，由于摩擦力的作用而产生的阻力，造成沿程流动损失：Σhf=λ·ι/d·v²/2g式中：Σhf——沿程流动损失(m)λ——摩阻系数，与雷诺数、管壁粗糙度有关，可通过实验测定，也可以计算求