流体输送与传热技术 教学课件 作者 王壮坤 主编 电子教材 模块一[一]项目3电子教材.doc

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1、项目3流体输送的工艺计算一、教学目标能力目标1．能够根据生产任务选择管子的直径2．能使用伯努利方程进行流体输送的基本计算知识目标1．掌握流量和流速的基本概念、表示方法、单位及计算2．理解稳定流动和不稳定流动系统的基本概念及特点3．掌握连续性方程、柏努利方程4．了解位能、动能、静压能及压头的概念二、工作任务工作任务实施方法及教学环境相关知识流体输送的流量与流速项目教学流量与流速连续性方程管子直径的选择项目教学化工管路基本知识流量与流速管子直径的选择方法液体输送基本计算项目教学工业液体输送的方式伯努利方程及工程应用三、理论知识3.1流量和流速在化工生产中，流量与流速是描述流体流动规律的基本

2、参数。3.1.1流量流体在管内流动时，单位时间内流经管道任一截面的流体数量，称为流量。1．体积流量流体单位时间内流经管道任一截面的体积，以qv表示，单位为m3/s或m3/h。2．质量流量流体单位时间内流经管道任一截面的质量，以qm表示，单位为kg/s或kg/s。3．qv和qm关系　qm=qv（1-17）4．注意由于气体的体积随压力和温度变化，因此应用气体体积流量时，必须注明其状态。流量既是表示输送任务的指标，又是过程控制的重要参数，因此，学会正确表示流量及其测量方法十分重要。3.1.2流速1．流速单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，以u表示，单位为m/s。由于流体具有黏性，流体在管

3、内流动时，管道同一截面上各点的流速是不同的，在管中心处最大，在管壁处为零。在工程计算上为方便起见，流体的流速通常是指整个管道截面上的平均流速。其表达式为11（1-18）式中A——与流体流动方向相垂直的管道截面积，m2；2．质量流速单位时间内流经单位管道有效截面的流体的质量，以G表示，单位为kg/(m2·s)。G=（1-19）3．注意由于气体流速随温度及压力变化，因此气体流速要标明状态，而用质量流速表示则不随温度及压力变化。3.2稳定流动和不稳定流动根据流体在管路系统中流动时各种参数的变化情况，可以将流体的流动分为稳定流动和不稳定流动。3.2.1稳定流动如图1-36(a)所示，由于进入恒

4、位槽的流体流量大于流出的流体的流量，多余的流体就会从溢流管流出，从而保证了恒位槽内液位的恒定。因而，在流动系统中，各物理量的大小仅随位置变化、不随时间变化，称为稳定流动。3.2.2不稳定流动如图1-36(b)所示，由于没有液体的补充，贮槽内的液位将随着流动的进行而不断下降，流动系统中各物理量的大小不仅随位置变化而且随时间变化，称为不稳定流动。图1-36稳定流动和不稳定流动工业生产中的连续操作过程，如生产条件控制正常，则流体流动多属于稳定流动。连续操作的开车、停车过程及间歇操作过程属于不稳定流动。本章所讨论的流体流动为稳定流动过程。3.3连续性方程图1-37流体流动的连续性对稳定流动系统

5、进行物料衡算，可导出连续性方程。稳定流动系统如图1-37所示，流体充满管道，并连续不断地从截面1-流入，从截面2-流出。以管内壁、截面1-与2-为衡算范围，以单位时间为衡算基准，依质量守恒定律，进入截面1-的流体质量流量与流出截面2-的流体质量流量相等。即qm1=qm211因为qm=uA若将上式推广到管路上任何一个截面，即qm=u1A11=u2A22＝…＝unAnn（1-20）上述方程式表示在稳定流动系统中，流体流经管道各截面的质量流量恒为常量，但各截面的流体流速则随管道截面积和流体密度的不同而变化。若流体为不可压缩流体，即=常数，则qv=uA=常数（1-21）上式说明不可压缩流体不仅

6、流经各截面的质量流量相等，而且它们的体积流量也相等。而且管道截面积A与流体流速u成反比，截面积越小，流速越大。式（1-20）和式（1-21）称为流体在管道中作稳定流动的连续性方程。连续性方程反映了在稳定流动系统中，流量一定时管路各截面上流速的变化规律，而此规律与管路的安排以及管路上是否装有管件、阀门或输送设备等无关。【例1-8】某水管为串联管路，已知小管规格为φ57×3mm，大管规格为φ89×3.5mm，水在小管内的平均流速为2.5m/s。试求水在大管中的流速。解不可压缩流体在圆管内流动，因，则已知d1=57－2×3=51mm，d2=89－2×3.5=82mm，u1=2.5m/s则水在

7、大管中的流速m/s本题说明，稳定流动的不可压缩系统，流速u与管道内径的平方d2成反比。3.4柏努利方程在化工生产中，解决流体输送问题的基本依据是柏努利方程。根据对稳定流动系统能量衡算，即可得到柏努利方程。3.4.1流动系统的能量流体流动时所涉及的能量只有机械能、功、损失能量。1．位能位能是流体处于重力场中而具有的能量。若质量为m（kg）的流体与基准水平面的垂直距离为z（m），则位能为mgz（J），单位质量流体的位能则为gz（J/kg）。位能是相