化工基础 第3章 流体流动过程及流体输送设备.ppt

《化工基础 第3章 流体流动过程及流体输送设备.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章流体流动过程及流体输送设备3.1流体的基本性质3.2流体流动的基本规律3.3流体压力和流量的测量3.5流体输送设备3.4管内流体流动的阻力化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大多数是流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。流体的流动和输送是必不可少的过程操作。①选择输送流体所需管径尺寸。②确定输送流体所需能量和设备。③流体性能参数的测量,控制。④研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供理论依据。⑤了解输送设备的工作原理和操作性能，正确地使用流体输送设备。研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。3.1流体的基本性

2、质1．密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为：ρ——流体密度，kɡ·m-3;m——流体质量，kg；V——流体体积，m3。气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气体状态方程进行计算：ρ=pM/RTp—气体压力kN·m-2或kPa；T—气体温度K；M—气体摩尔质量g·mol-1；R—气体常数J·mo1-1·K-1。ρ=m／V化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用质量分数表示。ρi—液体混合物中各纯组分液体的密度，kg·

3、m-3；wi—液体混合物中各组分液体的质量分数。ρi—气体混合物各纯组分的密度，kg·m-3；φi—气体ρ混合物中各组分的体积分数。对于气体混合物:2．比体积单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，以υ表示，它与流体的密度互为倒数:υ一流体的比体积，m3·kg-1；ρ—流体的密度，kg·m-3。υ=1/ρ3．压力流体垂直作用于单位面积上的力称为压力：p—流体的压力，Pa；F—流体垂直作用于面积A上的力，N；A—作用面积，m2。压力的单位Pa（Pascal，帕），即N·m-2。Latm=760mmHg=1.01325×

4、105Pa=10.33mH2O=1.033kgf·㎝-2常用压力单位与Pa之间的换算关系如下：P=F／A压力有两种表达方式。一是以绝对零压为起点而计量的压力；另一是以大气压力为基准而计量的压力，当被测容器的压力高于大气压时，所测压力称为表压，当测容器的压力低于大气压时，所测压力称为真空度。两种表达压力间的换算关系为表压=绝对压力-大气压力真空度＝大气压力-绝对压力用图3—1来表示其关系4．流量和流速单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体积流量，以符号qv表示，单位为m3·s

5、-1；若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号qm表示，其单位为kg·s-1。若流体量用物质的量表示，称为摩尔流量，以符号qn表示，其单位为mol·s-1。qm=ρqV质量流量与摩尔流量的关系为qm＝Mqn体积流量和质量流量的关系为：单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离，称为流体的流速，以u表示，单位为m·s-1。u=qV/SS——与流体流动方向相垂直的管道截面积，m2管道中心的流速最大，离管中心距离越远，流速越小，而在紧靠管壁处，流速为零。通常所说的流速是指流道整个截面上的平均流速，以流体的体积流量除以

6、管路的截面积所得的值来表示：质量流速的定义是单位时间内流体流经管路单位截面积的质量，以w表示，单位为kg·s-1·m-2，表达式为：w=qm／S流速和质量流速两者之间的关系：液体1.5～3.0m·s-1，高粘度液体0.5～1.0m·s-1；气体102～0m·s-1，高压气体15～25m·s-1；饱和水蒸气204～0m·s-1，过热水蒸气30～50m·s-1。w=ρu工业上用的流速范围大致为：5．粘度粘性是流体内部摩擦力的表现，粘度是衡量流体粘性大小的物理量，是流体的重要参数之一。流体的粘度越大，其流动性就越小。流体在圆

7、管内的流动，可以看成分割成无数极薄的圆筒层，其中一层套着一层，各层以不同的速度向前流动，如图3-2所示。平板间的流体剪应力与速度梯度图3-3所示，将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力，上板就以某一恒定速度u沿着x方向运动。实验证明，对于一定的液体，内摩擦力F与两流体层间的速度差u呈正比，与两层间的接触面积A呈正比，而与两层间的垂直距离y呈反比，即：F∝(Δu/Δy)A引入比例系数μ，则：F=μ(Δu/Δy)A单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以τ表示，则有：τ=F／A=μ(Δu/Δy)当流体在管内流动时，径

8、向速度的变化并不是直线关系，而是曲线关系，则有：τ=μ(du/dy)du/dy——速度梯度，即在与流动方向相垂直的y方向上流体速度的变化率μ——比例系数，亦称为粘性系数，简称粘度。凡符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，所有气体和大多数液体都属于牛顿型流体。液体的粘度随着温度的升高而减小，气体的粘度随着温度的升高而增加。压力变化时