流体流动的基本规律

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1、化工基础AnIntroductiontoChemicalIndustryandEngineering1流体静力学基本方程根据用液柱表示压强的方法，p=hg，则在静止液面下面深度h处的压强为：（流体静力学方程）描述静止流体内部压强的变化规律hABPB=PA+gHPA=PB-gH2在重力场中，静止流体内任一点的静压力的大小与液体的密度及该点的深度有关，与该点所在的水平位置及容器的形状无关。在连续、静止的同一流体中，在同一水平面上，流体的静压力相等，这样的水平面称为等压面。0ABCDh？液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部,此规律即物理学中的巴斯噶原理.3练习水水水Q1:A1、A2、A

2、3的压力是否相同？他们的大小顺序如何？A1A2A3B1B2B3Q2:B1、B2、B3的压力是否相同？C1C2C3Q3:C1、C2、C3的压力是否相同？Q4:D1、D2、D3的压力是否相同？D1D2D3A:A3C2=C3A:D1=D2=D34练习离H0为0.5m，油的密度0为800kg•m-3，水的密度为1000kg•m-3。如果要求油水分界面位于观察孔中心，则倒U型管顶部至观察孔中心的垂直距离H应为多少？设液体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且油水易于分层，没有乳化界面。H0H溢流混合物水油和水的混合物在分离器内利用密度差异进行分离。油由上部的

3、侧管溢流排走，水由底部的倒U型管排出。倒U型管顶部有平衡管与分离器顶部连通，使两处压力相等。油面至观察孔中心的距5练习乙炔发生器装有水封管,当器内压力过大时通过水封排气至安全处。要控制发生器内压力不超过12kPa（表压）。求水封管应插入水的深度H。乙炔发生器H6教学目的：重点难点：课型：3.2流体流动的基本规律根据物料衡算和能量衡算推导出连续性方程和柏努利方程，进一步理解绪论中提出的化工基础中的基本规律，并讨论它们在实际生产中的应用。连续性方程和柏努利方程及其应用理论知识课7定态流动(steadystate):流体流动的系统中，任一截面上流体的流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，但进水

4、溢流υ=υNOTE：连续操作的化工生产中大多数流动属于定态流动。恒位槽不随时间而改变。空白空白3.2流体流动的基本规律8非定态流动(non-steadystate)=f(t)流动过程中任一截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压强等）随时间而改变。NOTE:非定态流动时，若流动参数随时间呈规律性的变化，在求算时用微分式子表达，用积分法求解。υ9一、流体定态流动过程的物料衡算——连续性方程依据：质量守恒定律前提：1、充满导管作定态流动2、没有累积或泄漏截面1截面2qm1=qm2（连续性方程）10导出：分支管路：总管中的质量流量为各支管质量流量之和。qm=qv•=S•u•S1•

5、u1•1=S2•u2•2对不可压缩性流体：1=2总管支管1支管2（圆管）11例:如附图所示，管路由一段φ89×4mm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9×10-3m/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。123b3a附图解：管1的内径为则水在管1中的流速为管2的内径为则水在管2中的流速为又水在分支管路3a、3b中的流量相等，则有即水在管3a和3b中的流速为管3a及3b的内径为12二、流体定态流动过程的能量衡算流体流动时所具有的机械能：E动=1/2m•u2E位=mgZ位能(potentialener

6、gy):[J]动能(energyofmotion):[J]13静压能(staticenergy):[J]质量为m、体积为V1的流体，通过1截面所需的作用力F1=P1A1，流体推入管内所走的距离V1/A1，故与此功相当的静压能静压能=1kg的流体所具有的静压能为，其单位为J/kg。114内能(internalenergy):是流体内部大量分子运动所具有的内动能和分子间相互作用力而形成的内位能的总和。内能数值的大小随流体的温度和比容的变化而变化。设1kg流体具有的内能为U，其单位为J/kg15理想流体(idealfluid)：是指不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。理想液体：不可压缩、受热

7、不膨胀理想气体：符合理想气体方程pV=nRT1、理想流体能量衡算若流动过程中没有热量输入，其温度和内能没有变化，则理想流体流动时的能量衡算可以只考虑机械能之间的相互转换。16截面1截面2依据：能量守恒定律E1=E2根据连续性方程：m1=m2理想流体的柏努利(Bernoulli)公式理想流体[J][J•kg-1][m液柱]空对于不可压缩性流体：1=2理想流体能量衡算17工程上将单位重力的流体所具