化工原理少課時版第一章第二節(jié).ppt

2019/7/14,第一章 流體流動,一、流量與流速 二、定態(tài)流動與非定態(tài)流動 三、連續(xù)性方程式 四、能量衡算方程式 五、柏努利方程式的應用,第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動的基本方程,2019/7/14,一、流量與流速,（一）、流量 單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量。 若流量用體積來計量，稱為體積流量qv；單位為：m3/s。 若流量用質(zhì)量來計量，稱為質(zhì)量流量qm；單位：kg/s。 體積流量和質(zhì)量流量的關系是：qm=qv,（二）、流速 單位時間內(nèi)流體在流動方向上流過的距離，稱為流速u。,單位為：m/s。數(shù)學表達式為：,2019/7/14,流量與流速的關系為：,質(zhì)量流速：單位時間內(nèi)流體流過管道單位面積的質(zhì)量流量用 表示，單位為kg/(m2.s)。 數(shù)學表達式為：,對于圓形管道，,管道直徑的計算式,2019/7/14,二、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動,流動系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)流動,： 流動系統(tǒng)中流體的流速、壓強、密度等有關物理量僅隨位置而改變，而不隨時間而改變,非穩(wěn)態(tài)流動,：上述物理量不僅隨位置而且隨時間變化的流動。,2019/7/14,在化工生產(chǎn)中，正常運行時,系統(tǒng)流動近似為穩(wěn)態(tài)流動。各點各處的流量不隨時間變化，近似為常數(shù)。 只有在出現(xiàn)波動或是開、停車時，為非穩(wěn)態(tài)流動。,2019/7/14,三、連續(xù)性方程,在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，對直徑不同的管段做物料衡算,衡算范圍：取管內(nèi)壁截面1-1與截面2-2間的管段。 衡算基準：1s 對于連續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)：,2019/7/14,如果把這一關系推廣到管路系統(tǒng)的任一截面，有：,若流體為不可壓縮流體,一維穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程,2019/7/14,對于圓形管道，,表明：當體積流量一定時，管內(nèi)流體的流速與管道直徑 的平方成反比。,則,當,（1-23）,2019/7/14,理想流體：流動時沒有阻力的流體 1.推導條件 不可壓縮 理想流體 穩(wěn)態(tài)流動 恒溫 連續(xù)流體,四、伯努利方程式,2019/7/14,作用于微元流體柱流動方向上的力： (1) 作用于微元流體柱的重力的分力,忽略二階無窮小，且由于,（2）作用于上游截面的總壓力,（3）作用于下游截面的總壓力,2. 推導過程,2019/7/14,（5）作用于其側面的總壓力在運動方向上的分力,作用于微元流體柱運動方向上的合力：,2019/7/14,單位：m,位壓頭 靜壓頭 動壓頭 （速度頭）,位能 靜壓能 動能,單位：,（公式 1-28）,（公式 1-29）,2019/7/14,五、實際流體能量衡算方程式,（一）、實際流體機械能橫算式 1.機械能損失（壓頭損失）,2019/7/14,若以單位重量的流體為衡算基準,2.外加機械能（外加壓頭）,單位:m,:位壓頭，動壓頭，靜壓頭、 壓頭損失 He：輸送設備對流體所提供的有效壓頭,2019/7/14,應用柏努利方程的注意事項 1）作圖并確定衡算范圍 根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，并指明流體的流動方 向，定出上下截面，以明確流動系統(tǒng)的衡標范圍。 2）截面的截取 兩截面都應與流動方向垂直，并且兩截面的流體必須是 連續(xù)的，所求得未知量應在兩截面或兩截面之間，截面的 有關物理量Z、u、p等除了所求的物理量之外 ，都必須是已 知的或者可以通過其它關系式計算出來。,2019/7/14,3）基準水平面的選取 所以基準水平面的位置可以任意選取，但必須與地面平行，為了計算方便，通常取基準水平面通過衡算范圍的兩個截面中的任意一個截面。如衡算范圍為水平管道，則基準水平面通過管道中心線，Z=0。 4）單位必須一致 在應用柏努利方程之前，應把有關的物理量換算成一致的單位，然后進行計算。兩截面的壓強除要求單位一致外，還要求表示方法一致。,2019/7/14,例：如本題附圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中，高位槽中的液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強為9.81103Pa，進料量為5m3/h，連接 管直徑為382.5mm，料液在連接 管內(nèi)流動時的能量損失為30J/kg(不包 括出口的能量損失)，試求高位槽內(nèi) 液面應為比塔內(nèi)的進料口高出多少？,（二）、柏努利方程的應用,2019/7/14,分析：,解： 取高位槽液面為截面1-1，連接管出口內(nèi)側為截面2-2, 并以截面2-2的中心線為基準水平面，在兩截面間列柏努利 方程式：,高位槽、管道出口兩截面,u、p已知,求Z,柏努利方程,2019/7/14,式中： Z2=0 ；Z1=? P1=0(表壓) ；