流体流动的基本方程.ppt

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1、化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第一章流体流动2021/8/8讲授内容流体静止的基本方程1.1流体流动的基本方程1.2流体流动现象1.3管路计算1.5流速和流量测量1.6流体在管内的流动阻力1.42021/8/81.2流体流动的基本方程2021/8/8本节讲授内容5柏努利方程的应用4能量衡算方程1流量与流速1.2流体流动的基本方程2定态流动与非定态流动3连续性方程2021/8/8重点：连续性方程与柏努利方程。本节的重点及难点难点：柏努利方程应用。1.2流体流动的基本方程2021/8/8一、

2、流量与流速流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量。体积流量VS：流量用体积来计量，单位为：m3/s。质量流量wS：流量用质量来计量，单位：kg/s。2.流速单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速u。单位为：m/s。1.流量体积流量和质量流量的关系：平均流速数学表达式为：2021/8/8流量与流速的关系为：质量流速（质量通量）：单位时间内流体流过管道单位截面积的质量，用G表示，单位为kg/(m2.s)。数学表达式为：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？2021/8/8u↑→d↓→设备费用↓

3、流动阻力↑→动力消耗↑→操作费↑均衡考虑流速选择：（流量一定）uu适宜费用总费用设备费操作费2021/8/8常用流体适宜流速范围水及一般液体1~3m/s粘度较大的液体0.5~1m/s低压气体8~15m/s压力较高的气体15～25m/s2021/8/8二、定态流动与非定态流动流动系统定态流动（稳态流动）流动系统中流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而改变，而不随时间而改变非定态流动（非稳态流动）上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动。说明：定态、稳态、稳定三者含义相同2021/8/8定态流动：各截面上的温度、压力、流速等

4、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。2021/8/8三、连续性方程对稳态流动系统，做物料衡算：衡算范围：取截面1-1’与截面2-2’间的管段。衡算基准：1s2021/8/8如果把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：若流体为不可压缩流体，ρ＝Const，则：对于稳定系统：一维稳定流动的连续性方程2021/8/8对于圆形管道，表明：当体积流量VS一定时，管内流体的流速与管道直径的平方成反比。2021/8/8四、能量衡算方程1.流体流动的总能量衡算1）流体本身具有的

5、能量①内能：物质内部能量的总和。单位质量流体的内能以U表示，单位J/kg。②位能：流体因处于重力场内而具有的能量。质量为m流体的位能单位质量流体的位能2021/8/8③动能：流体以一定的流速流动而具有的能量。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）：通过某截面的流体具有的用于克服压力功的能量。2021/8/8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：2021/8/8①热：单位质量流体通过划定体积的过程

6、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。2）系统与外界交换的能量②功：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)，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、功之和就是流动系统的总能量。2021/8/83）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A1，比容为v1；截面2-2’的流

7、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。2021/8/8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2021/8/8——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由热力学第一定律：2021/8/8流体与环境所交换的热Qe能量损失2021/8/8代入上式得：——流体稳定流动过程中的机械能衡算式2）柏努利方程（B

8、ernalli）当流体不可压缩时，v、ρ为常数：2021/8/8代入：对于理想流体——柏努利方程当没有外功加入时We=02021/8/83.柏努利方程式的讨论1）柏努利方程式表明理想流体在管内做稳定流动，没有外功加入时，任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、位能、静压能之和