化工原理第一章.ppt

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1、第一章流体流动一、流量与流速二、定态流动与非定态流动三、连续性方程式四、柏努利方程式五、柏努利方程式的应用第二节管内流体流动的基本方程式2021/10/5一、流量与流速1、流量流体在单位时间内流经管道截面的量，称为流量。若流量用体积来计量，称为体积流量VS；单位为：m3/s。若流量用质量来计量，称为质量流量WS；单位：kg/s。体积流量和质量流量的关系是：2、流速单位时间内流体质点在通道内沿流体流动方向上所流经的距离，称为流速u。在管壁上u=0。WS=VS2021/10/5单位为：m/s。数学表达式为：平均流速(averagevelocity)：流

2、量与流速的关系为：质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量。用G表示，单位为kg/(m2.s)。数学表达式为：u=VSAu=VSAVS=uAWS=uAG=WSA=VSA=u2021/10/5对于圆形管道，——管道直径的计算式生产实际中，管道直径应如何确定？说明：气体的体积与T、P有关，当T、P发生变化时，V及u=V/A也发生变化，但G=ρ•V不变，原因是质量不随T、P变化，或说V↑，ρ↓，二者之积不变。G不变，则W=G/A也不变。∴气体采用W更方便。d=u4VS4A=d24u=d2VS2021/10/5二、定态流动与非定态流动流

3、动系统定态流动(steadyflow)流体在系统中流动时，任一点上的流速、压强、密度、温度、粘度等物理参数仅随位置而变，不随时间而改变非定态流动任一点上的物理参数，部分或全部随时间而变。例2021/10/5A进口管B溢流管C水箱D排水管ABCD2’21’12021/10/52021/10/52021/10/5三、连续性方程在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段。衡算基准：1s对于连续稳定系统：WS1=WS2WS1WS212’21’2021/10/5如果把这一关系推广到管路系统的任一截面

4、，有：若流体为不可压缩流体——一维稳定流动的连续性方程WS=uA=u1A11u2A22WS=u1A11u2A22====uA常数VS=u1A1====uA常数WSu2A2=2021/10/5对于圆形管道，表明：在稳流系统中，不可压缩流体在管道中的流速与管道截面直径的平方成反比。=4u1d124u2d22=u1u2d1d222021/10/5四、柏努利方程式(Bernoulli’sequation)1、流体流动的总能量衡算1）流体本身具有的能量物质内部能量的总和称为内能。单位质量流体的内能以U表示，单位J/kg。①内能：流体因处于

5、重力场内而具有的能量。②位能：1换热器2泵Z1Z22111’22’oo’2021/10/5质量为m流体的位能单位质量流体的位能流体以一定的流速流动而具有的能量。③动能：质量为m，流速为u的流体所具有的动能单位质量流体所具有的动能④静压能（流动功）=mgZ(J)=gZ(J/kg)=mu2(J)1212=u2(J/kg)2021/10/5流体在截面处所具有的压力流体通过截面所走的距离为流体通过截面的静压能单位质量流体所具有的静压能单位质量流体本身所具有的总能量为：Vm=p=pv(J/kg)VA=Fl=pA•=pV(J)12U+gZ+u2+pv(J/k

6、g)11’2021/10/5单位质量流体通过划定体积的过程中所吸的热为：qe(J/kg)；质量为m的流体所吸的热=mqe[J]。当流体吸热时qe为正，流体放热时qe为负。①热：2）系统与外界交换的能量单位质量通过划定体积的过程中接受的功为：We(J/kg)质量为m的流体所接受的功=mWe(J)②功：流体接受外功时，We为正，向外界做功时,We为负。流体本身所具有能量和热、功就是流动系统的总能量。2021/10/53）总能量衡算衡算范围：截面1-1’和截面2-2’间的管道和设备。衡算基准：1kg流体。设1-1’截面的流体流速为u1，压强为P1，截面积为

7、A1，比容为v1；截面2-2’的流体流速为u2，压强为P2，截面积为A2，比容为v2。取o-o’为基准水平面，截面1-1’和截面2-2’中心与基准水平面的距离为Z1，Z2。图2021/10/5对于定态流动系统：∑输入能量=∑输出能量Σ输入能量Σ输出能量——稳定流动过程的总能量衡算式u122=U1+gZ1++p1v1+qe+Weu222=U2+gZ2++p2v2u22U+gZ++(pv)=qe+We2021/10/5——稳定流动过程的总能量衡算式——流动系统的热力学第一定律2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程1）流动系统的机械能衡算式∵H

8、=U+pvu22H+gZ+=qe+We2021/10/5流体与环境所交换的热qe阻力损失2021/1