流体的流动和输送

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1、第二章流体的流动和输送1一些基本概念2流体静力学3流体稳态流动的衡算4实际流体的流动5流体流动时的阻力6流体的输送机械§1一些基本概念流体：气态或液态下的物料称为流体。理想流体－无粘度，流动时无摩擦阻力的流体。实际流体－有粘度，流动时有摩擦阻力的流体。流体的密度密度（ρ）：在均质流体中，单位体积流体的质量。液体ρ＝f(T,P)≈f(T)气体气体状态方程kg·m-3相对密度（d）给定条件下某一物质的密度ρ1与另一参考物质的密度p2之比。当参考物质是水时，其值相当于以往使用的物理量“比重”流体的相对密度和比容比容（υ）密度的倒数υ＝1/ρm3·kg-1流体的压强(P)力的SI单位：1

2、N＝1kg·m·s-2流体作用于容器壁上的力叫压力，流体垂直作用于单位面积上的力为压强。单位换算1atm=101325Pa=101.3KPa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf·cm-2压强的SI单位：Pa（帕斯卡），N·m-2，kg·m-1·s-2压强的表示表压＝绝对压强－大气压强P表＝P绝－P大真空度＝大气压强－绝对压强P真＝P大－P绝流量流量（q）：单位时间内流过导管任一截面的流体的量。体积流量(qv)：m3·s-1，m3·min-1，m3·h-1质量流量(qm)：Kg·s-1，kg·min-1，kg·h-1摩尔流量(qn):kmol·s-1，kmol·m

3、in-1，kmol·h-1转换：qm=qv*ρqm=qn*M流速(u)在单位时间内流体质点在导管中流过的距离。通常所说的流速是指整个管道横截面积上流体的平均流速。单位：m·s-1。对于气体可采用质量流速(w)：单位时间内流经管路单位截面积的流体质量。单位：kg·s-1·m-2。管径的初选一般情况下可根据常用的流体流速来选择管径。某些流体在管道中的常用流速范围流体流速范围(m/s)流体流速范围(m/s)自来水3×105Pa1～1.5饱和蒸汽20～40水及低粘度液体1×105Pa～1×106Pa1.5～3.0过热蒸汽30～50高粘度液体0.5～1.0低压空气12～15工业供水<8×1

4、05Pa1.5～3.0高压空气15～25锅炉供水<8×105Pa﹥3.0常压一般气体10～20稳态（稳定，定常态）流动和非稳态（不稳定，非定常态）流动流体流动中若任一截面上流体的性质和流动参数不随时间而改变，则此种流动称为稳态流动（稳定流动，定常态流动）。§2流体静力学向下的力：薄层顶面的总压力+薄层流体的重力(p+dp)S+ρgSdz向上的力：薄层底面的总压力p×S流体静止时，合力为0ρgSdz+(p+dp)×S＝p×S化简，得：dp=－ρgdz积分（密度看成常数，）：（p2-p1）=ρg（z1-z2）（1）p2=p1+ρg（z1-z2）（2）(J·kg-1，m2·s-2)(m

5、)流体静力学方程由（1）式：（p2-p1）=ρg(z1-z2)(kg·m-1·s-2)得：讨论1、液面上方压强大小一定时，静止液体内部任一点压强的大小与流体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此在静止的流通的同一液体处，处于同一水平面上各点的压强都相等。2、液面上方的压强变化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的改变。3、压强差的大小可以用一定高度差的液体柱来表示。必须注明液体种类。流体静力学方程的应用同一流体内，ZA＝ZA‘时，PA＝PA’，因此：PA＝P1+（Z+R）ρg＝PA’＝P2+Zρg+Rρ0gP1-P2＝（ρ0－ρ）Rg当ρ很小时ρ0>>ρ则有：P1-P2＝ρ0Rg

6、U形管压强计微差压差计P1-P2＝（ρA－ρC）gR液位计液封弹簧管压强计§3流体稳态流动的衡算qm,1=qm,2=常数ρ1u1S1=ρ2u2S2=常数不可压缩性流体：u1S1=u2S2=常数qV,1=qV,2=常数1流体稳态流动时的物料衡算－连续性方程圆形管道适用于稳态流动的不可压缩性流体在圆管中流动时的计算u1S1=u2S22柏努利方程(Bernoulli)位能：mgZ（J，kg·m2·s-2）动能：mu2/2(J)静压能：F×L=(P×S)(V/S)=PV(J)内能：mU（J）流体流动具有的能量形式流体流动的能量衡算理想液体（内能不变）:E1＝E2(∵V＝m/ρ,∴V1=V

7、2)E1＝mgZ1+1/2mu12+P1V→qmgZ1+1/2qmu12+P1qVE2＝mgZ2+1/2mu22+P2V→qmgZ2+1/2qmu22+P2qV柏努利方程（单位质量流体）柏努利方程（对单位重量流体）(J·kg-1，m2·s-2)(m)∵∴说明柏努利(Bernoulli)方程的物理意义：理想流体在导管中作稳定流动时，导管任一截面的总能量或总压头为一常数。能量在不同形式之间可以互相转化。几点说明：压头：工程上将单位重量流体所具有的能量形式，Z－位压头，u2/2g－动压