化工原理B流体流动.ppt

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1、第一章流体流动Flowsoffluids本章基本要求：本章介绍流体力学的基本知识及流体在管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体输送问题。本章的核心内容是流体稳态流动时能量衡算的基本方程－柏努利方程及其在管路设计中的应用。要求掌握柏努利方程的基本形式及各种应用，掌握直管阻力基本公式，掌握管路计算的基本方法－摩擦系数法及当量长度法。重点和难点：柏努利方程及管路计算。第一节概述Introduction化工生产中流体物料多，连续生产是其特点。如何完成流体从一个设备到另一个设备的输送，是生产必须解决的基本问题。在宏观上，一般流体通常被认为是连续的，其中没有位置上的间隙。不可压缩流体

2、：液体近似可认为不可压缩。可压缩流体：气体。当压力或温度变化很小时，有时也可将气体在这一特定过程中视为不可压缩。第二节流体静力学基本方程式Basicequationsoffluidstatics本节复习流体静力学基本公式。一.流体的压力压强的定义：物体单位面积所受的力。工业上习惯称为压力。压强单位：N/m2,Pa压强的基准：以绝对真空为基准测得的压强称绝对压(absolutepressure)，以外界大气压为基准测得的压强称表压(gaugepressure)。表压、绝对压、大气压、真空度之间的关系：绝对压＝表压＋大气压低于大气压的压强用真空表来测量，测得的值称为真空度，实际上是测的低于

3、大气压的数值。所以：真空度＝大气压－绝对压真空度的数值也是负的表压值。二.流体的密度与比容1.密度=m/V对静止流体=m/V液体密度随压力变化很小。气体的密度随压强和温度而变化，一般用状态方程式表示。理想气体状态方程：PV=nRT=PM/(RT)理想气体密度变化/=TP/(TP)理想气体标准状态：0°C,101325Pa/0=T0P/(TP0)对液体混合形成理想溶液可用公式对气体混合物有公式2.比容单位质量流体的体积v=V/m=1/三.流体静力学的基本方程复习流体静力学基本公式(推导从略)p=p0+gh注意：上述方程只适用于连通管内的连续流体。1.压力测量U

4、形管压差计pa=p1+Bg(m+R)pa=p2+Bg(Z+m)+AgRZmRP1P2B流体A流体四.流体静力学基本方程的应用根据流体静力学原理p1-p2=(A-B)Rg+BZg当被测管水平放置时p1-p2=(A-B)Rg微差压差计压差很小时，用上述压差计测量时R很小，难于读数。可用图1-7所示办法采用与被测流体密度很接近且加一扩大室，使读数较大。ACBP1P2R2.液位的测量例远距离测量液位装置如图所示。解：因为管内空气流速小，且管内无液体，所以气体通过管出口处a与压差计处b的压强近似相等。baRhz1z2pa=p0+ghpb=p0+HggRZ1=HgR1/Z

5、2=HgR2/上二式相减并整理得kg/m3所以Z1=0.1513600/816=2.5m3.液封高度的测量计算理论根据仍是静力学基本原理。当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作安全。因为高为h液柱压强刚好与容器内压强相等时，气体就不会排出。h水第三节管内流体流动的基本方程式BasicequationsofFluidflowsintube一.流量与流速(略)流量：流体流动过程中单位时间内流过管道任一截面的流体体积称流体的流量，m3/s。若用流过的质量表示则称质量流量,kg/s。流速：流体质点单位时间内在管道内流过的距离，m/s。管径表示：水管和煤气管的规格如表

6、2-3，其公称直径与内外径均不同。对其它管子，一般钢管和铜管以外径表示公称直径，而铸铁管以内径表示公称直径。工业上常用以下管径表示法：603.5mm表示外径60mm,壁厚3.5mm。流量与流速的关系：u=qv/Aqm=qv=uA对于圆形管道60mm3.5mm二.稳定流动与不稳定流动流体流动的系统中，若任一截面流体的性质(如密度、粘度)和流动参数(如流速、压强等)都不随时间而变，这种流动称为稳定流动。反之，若流动过程中任一截面的性质要随时间而变，则叫非稳定流动。化工生产中大多数操作为近似的连续稳定流动。以下主要讨论稳定流动。稳定流动也称定态流动。三.连续性方程式物料衡算方程仍为输

7、入量等于输出量qm1=qm2u1A11=u2A22由于定态,任一截面质量流量相等，故qm=u1A11=u2A22=…=uA=常数若流体为不可压缩流体，则qv=u1A1=u2A2=…=uA=常数四.柏努利方程式1.流体流动时的能量形式除了流体本身的内能之外，对流动过程一般仅讨论机械能就足够了。流体流动过程中一般有以下三种形式的机械能：势能mgH、动能mu2/2和静压能。静压能：静压能是流体因被压缩而具有向外膨胀作功的能力。有压强的流体就