流体流动方程ppt课件.ppt

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1、一、基本概念二、连续性方程三、能量衡算方程四、柏努利方程式的应用第二节流体在管内的流动一、基本概念1、流量与流速1）流量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。数学表达式为：单位时间内流过管道任一截面的流体量，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：流量与流速的关系为：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：对于圆形管道，——管道直径的计

2、算式生产实际中，管道直径应如何确定？(气体采用更为方便)流量VS一般由生产任务决定。流速选择：↑→d↓→设备费用↓流动阻力↑→动力消耗↑→操作费↑均衡考虑uu适宜费用总费用设备费操作费合理的流速应根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气体为10～30m/s。某些流体在管道中的常用流速范围，可参阅有关手册。圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg/s,其体积流量为().平均流速为()。0.0157m3/s2.0m/s2.定态流动与非定态流动流动系统定态流动流动系统中流体的流速、压强、密度等

3、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上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动。化工生产中多属连续定态流动过程。下文中除特别说明外，流体流动皆属定态流动例以内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。解:依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：取空气的平均分子量为Mm=28.9，则实际操作状态下空气的密度为平均流速依式（1-17），得质量流速在稳定流动系统中，对直径不

4、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。流体充满管道且连续地由1-1’截面流入，经2-2’截面流出：衡算基准：1s对于连续稳定系统：二、连续性方程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恒定）——一维稳定流动的连续性方程流体流经各截面得质量流量不变，流速随A、ρ而变对于圆形管道，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。由此可知，在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。有一段由大管和小管串联的管路

5、，管内液体作连续稳定流动。大管内径为d，而小管内径为d/2，大管内流速为u，则小管内液体的流速为()。4u三、能量衡算方程式1）流体本身具有的能量物质内部能量的总和称为内能。(分子平动能，转动能，振动能)单位质量流体的内能以U表示，单位J/kg。①内能：流体因处于重力场内而具有的能量。②位能：1流动系统的总能量衡算质量为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）流动的流体内部任何位置都具有一定的静压强。通过一截面的流体必定要带有与

6、克服该处静压强所需的功相当的能量才能进入系统，流体所具有的这种能量就称为静压能或流动功。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：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外功：流体接受外功时，We为正，向外界做功时,We为负。流

7、体本身所具有能量和热、功就是流动系统的总能量。3）总能量衡算图衡算范围：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A1，比容ν1；截面2-2’的流体流速为u2，压强为P2，截面积A2，比容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。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（流动系统的热力学第一定律）2、流动系统的机械能衡算式——柏努利方程以上能量形式可分为两类：机械能：

8、位能、动能、静压能及外功，可用于输送流体；内能与热：不能直接转变为输送流体的能量。根据热力学第一定律：流体与环境所交换的热阻力损失1）流动系统的机械能衡算式代入上式得：——流体稳定流动过程中的机械能衡算式2