矿大北京化工原理流体流动-.ppt

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1、1流量——单位时间通过管道任一截面的流体量。体积流量Vs(或Vh),m3/s(或m3/h);质量流量ws,kg/s。流速——单位时间内流体在流动方向上流过的距离，m/s。流体在圆管内流动时，管中心流速最大，壁表面处为0。一般指平均流速质量流速G，使用它避免了气体流速随p、T变化带来的麻烦。1-2-1流量与流速2(1-17)u↑→流动阻力↑→动耗↑→操作费↑；u↓→d↑→投资费↑求d时，p26表.1-1给出了某些流体常用的u范围。其中，水类约为1.0~3.0m/s;气(汽)类约为10~25m/s。对于圆形管道，有：3例某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管径。解：依式（1-1

2、7）管内径为选取水在管内的流速u＝1.8m/s(自来水1-1.5,水及低粘度液体1.5-3.0)4查附录中管道规格，确定选用φ89×4（外径89mm，壁厚4mm）的管子，则其内径为：d=89-(4×2)=81mm=0.081m因此，水在输送管内的实际操作流速为：51-2-2定态流动与非定态流动非定态流动(Steadyflow):各个物理量既随流体所处的位置变化，又随时间变化的情况。定态流动(Steadyflow):流动系统中，与流体有关的各个物理量(如:流速、压强、密度等)仅随流体所处位置变化，不随时间变化的情况。参数=f(x,y,z)参数=f(x,y,z,)61-2-3连续性方程式上式为连

3、续性方程式通式。对于液体，可简化为：11’22’ws1ws2对稳定流动系统的异径管段作物料衡算：物衡范围管内壁,1-1’~2-2’时间基准1s(1-18a)(1-18b)7连续性方程式反映了稳态下，流量一定时管路各截面流速的变化规律。用于：求不同A下的u或不同u下的A(或d)。液体在圆管中流动：81-2-4能量衡算方程式(柏努力)衡算范围流道内的1-1’~2-2’时间基准1s以1kg质量为单位。22’11’00’Z2Z11.随流体输入/出的能量：⑴内能物质内部的能量总和。是原子与分子运动及其相互作用的结果。宏观：f(T)。1kg流体输入/出的内能分别用U1,U2表示，单位：J/kg。一、流动系

4、统的总能量衡算9位能=mgZ单位：[mgZ]=kg(m/s2)m=Nm=J1kg流体输入/出的位能分别为gZ1,gZ2，单位：J/kg。位能是个相对值，高于基准面时为正，低于者为负。⑵位能即势能mkg流体的位能相当于将其从基准面升举到其所在高度Z处消耗的功10⑶动能动能=1/2mu2单位：[1/2mu2]=kg(m/s)2=Nm=J相当于将mkg流体从速度=0加速到u时所做的功。1kg流体输入/出动能分别为u12/2,u22/2，[J/kg]。有流速u的流体才有动能，mkg流体的动能11着有静压能，如图示。当流体要进入截面1-1’，∵截面1-1’⑷静压能流动着的流体内部各点都对应处的流体有一定

5、的静压∴欲进系统的流体必须带着足以克服1-1’处静压的能量，对1-1’处流体做功令其流动使自己进入1-1’截面。质量为m，体积为V1的流体通过截面1-1’时，把该流体推进1-1’所需的作用力为p1A1,流体通过截面经过的距离=V1/A1。pu11’12位能、动能和静压能又称为机械能，它们的和——“总机械能(总能量)E”。对于1kg流体，V1=v1(比容)，静压能=p1v1;离开2-2’的静压能=p2v2,[J/kg]。则流体代入系统的能量——静压能为：132.泵、换热器对系统输入/出的能量⑸热换热器向1kg流体提供/取走的热量为±Qe，[J/kg]。⑹外功(净功)1kg流体通过泵等通用机械获得

6、的功——也称有效功。用We表示，[J/kg]。14综合上述六种能，对1kg流体在稳态系统中的能量衡算为：或2-2’截面减去1-1’截面的形式：(1-19a)15(一)流动系统的机械能衡算式(1-19a)中，内能和换热器提供的热能不是机械能，故设法消去。根据热力学第一定律(1-20)从环境获得的热，如：由换热器的Qe,管道与外界的热交换QL.现设系统绝热QL=0。流体流经1-1’2-2’时为克服流阻消耗的机械能热量(等温流动，略此热)。用hf表示，[J/kg]。1kg流体在1-1’2-2’间获得的热量。1kg流体经过1-1’2-2’，因体积膨胀所作的功。二、流动系统的机械能衡算式与柏努

7、力方程式16(1-20a)对于气体根据(等温、绝热、多变)的实际流动情况按热力学方法处理。(1-22)代入“总能量衡算式”17(1-22)是适用于可压缩/不可压缩流体的“流体稳态流动时的机械能衡算式”。∵大多数情况下输送的流体可按不可压缩流体处理，∴后面主要考虑(1-22)在不可压缩流体流动时的应用。18∵不可压缩流体的比容v或密度为常数，∴(1-22)中的积分项为：(1-22)为：(1-23)