流体流动过程的能量守恒与转化.ppt

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1、流体流动过程的能量守恒与转化2-4流体稳定流动时的连续性方程定态流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化；非定态流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化。定态流动与非定态流动对于定态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：推广至任意截面——连续性方程ρ1,w1,A1ρ2,w2,A2122-4流体稳定流动时的连续性方程不可压缩性流体，圆形管道：即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。2-4流体稳定流动时的连续性方程z2z1p1,ρ1,w1120　　　　　　　　　　　　　　　　　0’p2,ρ2,w2qeWe§3流体流

2、动过程的能量守恒与转化3-1流体流动过程的能量和能量守恒与转化1.流动着的流体本身具有的能量（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。（2）位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。1kg的流体所具有的动能为(J/kg)（3）动能（4）静压能LAV静压能=1kg的流体所具有的静压能为(J/kg)静压能:流体流经截面所带有的与所作功相当的能量。2.系统与外界交换的能量：（1）热能换热器向1kg流体提供的热量为qe(J/kg)。（2）外功（有效功）1kg流体从流体输送机所获得的能量为We(J/kg)。3.总能量衡算

3、：以1kg流体为基准进行能量衡算：流动系统的机械能衡算式：（1）流体不可压缩，ρ1=ρ2（2）流动系统无热交换，qe=0（3）流体温度不变，U1=U2（4）流体流动时有能量损失，设1kg流体损失的能量为ΣWf（J/kg）——式中各项单位为J/kg。假设：以1kg流体为基准进行能量衡算，则：（1）3-1流体流动过程的能量和能量守恒与转化柏努利方程式：当流体为理想流体（流体在流动中没有摩擦阻力），且没有外功加入，即：——柏努利方程各截面上的三种能量之和为常数——柏努利方程由流体流动的机械能量衡算式（1）ΣWf=0，We=0柏努利方程的讨论：（1）若流体处于静止，w=0，ΣWf=0，We

4、=0，则柏努利方程变为，说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律。Hgz2g210（2）理想流体在管道内作稳定流动,无外加能量,在任一截面上单位质量流体所具有的位能、动能、静压能之和为常数，称为总机械能；各种形式的机械能可互相转换。有效功率：轴功率：（4）柏努利方程式适用于不可压缩性流体。（5）对于可压缩性流体，当时，仍可用该方程计算，但式中的密度ρ应以两截面的平均密度ρm代替。21’2’We、ΣWf——在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。（3）用压头表示的能量3-2用压头表示的能量守恒与转化（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下

5、游截面，明确流动系统的衡算范围.（2）位能基准面的选取必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。3-3应用流体动力学方程的注意事项（3）截面的选取与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是定态连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。3-3应用流体动力学方程的注意事项管内流体的流量；容器间的相对位置；输送设备的功率；管路中流体的压强等。利用柏努利方程,可以确定：3-4柏努利方程的应用（1）确定管内流体的流量例1:20℃的空气在直径为80m

6、m的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉部接一玻璃管，玻璃管的下端插入水池中。空气流过文丘里管的能量损失不计。当U管压差计读数R=25mm,h=0.5m时，求此时空气的流量为多少m3/h。当地的大气压强为101.33103Pa。解：文丘里管的上游测压口处的压力p1=ρHggR=136009.810.025=3335Pa(表压)喉部的压力p2=-ρ水gh=-10009.810.5=-4905Pa(表压)空气流过截面1-1’和2-2’的压力变化为=0.079=7.9%＜20%在截面1-1’和2-2’间列柏努利方程：z1=z

7、2=0取空气的平均分子量为29kg/kmol,两截面间的空气的平均密度为ρ=ρm==1.20kg/m3所以：简化得：根据连续性方程：（1）（2）（2）代入（1）得：空气的流量为：=132.8m3/h——确定管道流体的流量（2）确定设备间的相对位置例2:有一输水系统，水箱内水面维持恒定，输水管直径为φ60×3mm，输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包括排水口）的能量损失可按∑Wf=15w2公式计算，求：(1)水箱中水面必须高于排出口的高度H？(2)若输水量增加