第一章 流體流動(dòng)化

1、1 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理 2 概述概述 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 物質(zhì)的三種常規(guī)聚集狀態(tài)物質(zhì)的三種常規(guī)聚集狀態(tài)：固體、液體和氣體：固體、液體和氣體 分子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)分子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng) 給分子以動(dòng)能使給分子以動(dòng)能使 之趨于飛散之趨于飛散 分子間相互作用力分子間相互作用力 以勢(shì)能的作用使以勢(shì)能的作用使 之趨于團(tuán)聚之趨于團(tuán)聚 3 概述概述 化工原理化工原理 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 一、一、流體流體氣體及液體氣體及液體 二、二、流體特性流體特性 1.1.流動(dòng)性：抗剪抗張能力都很小流動(dòng)性：抗剪抗張能力都很小 3.3.連續(xù)性：由無(wú)數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)

2、介質(zhì)，只研連續(xù)性：由無(wú)數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)，只研 究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2.粘性粘性: :在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生內(nèi)摩擦力產(chǎn)生內(nèi)摩擦力 4 概述概述 l 流體輸送流體輸送 l測(cè)量壓強(qiáng)、流速、測(cè)量壓強(qiáng)、流速、 流量流量 l 為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜 的流動(dòng)條件的流動(dòng)條件 化工原理化工原理 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 流體流動(dòng)的基本規(guī)律是化工原理的重要基礎(chǔ)流體流動(dòng)的基本規(guī)律是化工原理的重要基礎(chǔ) 化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程都是化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程都是 在流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行的，設(shè)備在流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行的，設(shè)備 的操作

3、效率與流體流動(dòng)狀況有密切的操作效率與流體流動(dòng)狀況有密切 的聯(lián)系。的聯(lián)系。 管路的設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇及所管路的設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇及所 需功率的計(jì)算。需功率的計(jì)算。 這些測(cè)量?jī)x表的操作原理又多以流這些測(cè)量?jī)x表的操作原理又多以流 體的靜止或流動(dòng)規(guī)律為依據(jù)的。體的靜止或流動(dòng)規(guī)律為依據(jù)的。 三、三、本章應(yīng)用：本章應(yīng)用： 5 )f(T 1. 1.流體的密度：流體的密度： V m 單位：?jiǎn)挝唬?4 2 333 m skgf 0.102g/cm10kg/m1 液體液體不可壓縮流體不可壓縮流體 氣體氣體可壓縮流體可壓縮流體),f(Tp 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 1-1 1-1 流體

4、的密度流體的密度 一、基本概念一、基本概念 流體流體 化工原理化工原理 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 6 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) |密度數(shù)據(jù)的獲取密度數(shù)據(jù)的獲取 (1)查手冊(cè)：化學(xué)工程手冊(cè)查手冊(cè)：化學(xué)工程手冊(cè) (2)實(shí)測(cè)：比重瓶、比重計(jì)、密度儀（液體）實(shí)測(cè)：比重瓶、比重計(jì)、密度儀（液體） (3)計(jì)算：氣體計(jì)算：氣體 7 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 1.1.測(cè)試范圍測(cè)試范圍 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 0.2-10000mPa.s 0.2-

5、10000mPa.s 密度密度 0.65-2g/cm3 0.65-2g/cm3 溫度：溫度：4040 100100C C 2.2.再現(xiàn)性：再現(xiàn)性： 粘度：測(cè)量結(jié)果的粘度：測(cè)量結(jié)果的0.35% 0.35% 密度：密度：0.0005 g/cm3 0.0005 g/cm3 溫度：溫度：0.020.02C C 3.3.操作壓力：大氣壓操作壓力：大氣壓 4.4.最少樣品量：兩個(gè)樣品池約最少樣品量：兩個(gè)樣品池約 3 ml 3 ml 5.5.樣品測(cè)量速度樣品測(cè)量速度: 20: 20個(gè)個(gè)/ /小時(shí)小時(shí) 自動(dòng)粘度密度儀自動(dòng)粘度密度儀SVM3000SVM3000（奧地利安東帕公司）（奧地利安東帕公司） 8 理想氣

6、體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程： RT M m nRTpV RT pM V m 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) K)kmol(kJ.R 3148 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 KT kmolkgM kPap - - - a.氣體氣體 ( (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) )kmolmVTp/4 .22K,15.273kPa,3 .101 3 000 0 0 0 4 .22RT MpM V m （理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度）（理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度） RT pM V m T T p p 0 00 T T p pM 0 0 4 .22 9 化工原理化工原理課件課件第一章

7、第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) i xw n i i i n n m xxxx 1 ww 2 2w 1 1w 1 組分的質(zhì)量分率。組分的質(zhì)量分率。 i i x w n i iinnm xxxx 1 VV2V21V1 )( 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 組分的體積分率。組分的體積分率。i i xV 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 b. 混合流體的密度混合流體的密度 混合液體：已知各組份的質(zhì)量分率混合液體：已知各組份的質(zhì)量分率 混合氣體：已知各組份的體積分率混合氣體：已知各組份的體積分率 i xV 10 2. 靜壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積上的靜壓力靜壓強(qiáng)：垂直作用于單

8、位面積上的靜壓力 A P p (1)(1)單位：?jiǎn)挝唬?SISI制：制： 習(xí)慣使用單位：習(xí)慣使用單位： OmH33.10at033. 1kgf/cm033. 1 bar013. 1Pa10013. 1mmHg760atm1 2 2 5 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 (Pa)mN 2 / mmHg6 .735Pa10807. 9OmH10kgf/cm1at1 4 2 2 11 (2) (2) 計(jì)量基準(zhǔn)：計(jì)量基準(zhǔn)： 絕對(duì)真空絕對(duì)真空( (零壓零壓) ) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本

9、方程流體靜力學(xué)基本方程 絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 大氣壓大氣壓相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng) 表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) 真空度真空度=大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) a pp 壓強(qiáng)表壓強(qiáng)表 a pp 真空表真空表 表示方法：表示方法： )kPa( 102 3 表表壓壓 )Pa( 104 3 真真空空度度 真空度真空度= -表壓表壓 12 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 (3)(3)絕壓、表壓和真空度絕壓、表壓和真空度三者之間的關(guān)系三者之間的關(guān)系 大氣壓線(xiàn)大氣壓線(xiàn) 絕對(duì)零壓線(xiàn)絕對(duì)零壓線(xiàn) A 大氣壓大氣壓表壓強(qiáng)表壓強(qiáng) 絕對(duì)壓強(qiáng)絕

10、對(duì)壓強(qiáng) 絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 真空度真空度 B 13 壓力表 真空表 14 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例例1:1:將南京操作真空度為將南京操作真空度為740 mmHg740 mmHg的真空蒸餾塔搬的真空蒸餾塔搬 至蘭州操作時(shí)至蘭州操作時(shí), ,若要求塔內(nèi)維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng)若要求塔內(nèi)維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng), ,其其 真空表讀數(shù)應(yīng)控制多少？南京的大氣壓強(qiáng)為真空表讀數(shù)應(yīng)控制多少？南京的大氣壓強(qiáng)為761mmHg,761mmHg, 蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為640mmHg.640mmHg. 例例2:2:海平面處測(cè)得的密封容器內(nèi)表壓為海平面處測(cè)得的密封容器內(nèi)表壓為5Pa,

11、5Pa,另一容另一容 器的真空度為器的真空度為5Pa5Pa。若將二容器連同壓力表和真空表。若將二容器連同壓力表和真空表 一起移至高山一起移至高山, ,其測(cè)出的表壓強(qiáng)和真空度會(huì)變化嗎？其測(cè)出的表壓強(qiáng)和真空度會(huì)變化嗎？ 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 大氣壓 真空度 絕壓 南京 761mmHg 740mmHg 蘭州 640mmHg 解： 21mmHg 21mmHg619mmHg 15 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 二、流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)二、流體靜力學(xué)基本方

12、程的推導(dǎo) 流體靜力學(xué)：流體靜力學(xué)： 研究的實(shí)質(zhì)研究的實(shí)質(zhì): 流體靜力學(xué)基本方程：流體靜力學(xué)基本方程： 研究流體在研究流體在外力外力作用下處于平作用下處于平 衡的規(guī)律。衡的規(guī)律。 描述靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變描述靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變 化規(guī)律化規(guī)律 描述在重力作用下，靜止流體內(nèi)部壓描述在重力作用下，靜止流體內(nèi)部壓 強(qiáng)的變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。強(qiáng)的變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 16 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 1) 重力重力G: )( 2112 ZZgpp 即：即： 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 1. 推導(dǎo)過(guò)程推導(dǎo)

13、過(guò)程: 受力受力 分析分析 )Z-gA(ZG 21 2) 作用于上表面積的壓力作用于上表面積的壓力P1 3) 作用于下底面積的壓力作用于下底面積的壓力P2 )ZZ(A 2112 gPP )( g/ 2112 ZZAPAP ghpp 0 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 17 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 分析：分析： 2) 壓強(qiáng)具有可傳遞性壓強(qiáng)具有可傳遞性 （巴斯噶定理）巴斯噶定理） 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) p ph )h,f(pp， 0 靜止的靜止的* *連續(xù)的同一種流體連續(xù)的同一種流體* *同一水平面同一水平面 壓強(qiáng)處處相等壓強(qiáng)處處相等

14、 1)一定時(shí)一定時(shí) h g pp 0 3) (液柱高度液柱高度) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 4) 氣體：若高度差不大，壓強(qiáng)相等氣體：若高度差不大，壓強(qiáng)相等 5) 適用條件：適用條件：靜止的、連續(xù)的同一種流體靜止的、連續(xù)的同一種流體 不連續(xù)的流體，分段使用不連續(xù)的流體，分段使用 18 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例：如圖例：如圖, ,敞口容器內(nèi)盛有油和水敞口容器內(nèi)盛有油和水, ,試判斷試判斷 , , 及及 、 是否成立？是否成立？ 答：答： AA pp (1)(1) BB pp (2)(2) CC pp (3)(3) AA pp BB pp

15、CC pp 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) ( (非同一種流體非同一種流體) ) ( (同一種流體同一種流體) ) ( (同一種流體同一種流體) ) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 19 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 油油 又又 OH 2 AA pp 解：解： AA pp、 CC pp BCOHBC ghpp 2 )( 2 同同種種液液體體 CAOHAC ghpp ABOHAABA ghpghp 2 油油 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例：試比較上例中例：試比較上例中 的大小。的大小。 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本

16、方程流體靜力學(xué)基本方程 BCOH gh 2 BCOHABOHA ghghp 22 ABA ghp 油油 20 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) aa 1. 壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測(cè)量：壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測(cè)量： (1) (1) 普通普通U U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì) aa pp )( 1 Rmgp B ( ( 等壓面等壓面) ) gZgRpp BBA )( 21 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 三、流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用三、流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 R)Z( A2 gmgp B sin)(gLgRpp BBA 21 即即

17、： 21 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 當(dāng)管道水平當(dāng)管道水平( (=0o) )時(shí)時(shí): : gRpp BA )( 21 當(dāng)管道垂直時(shí)：當(dāng)管道垂直時(shí)： gLgRpp BBA )( 21 gLgRpp BBA )( 21 （=90o） （=-90o） 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 22 分析：分析： 1)1) 2) 2) 被測(cè)流體為氣體，被測(cè)流體為氣體， 3) 3) 測(cè)表壓及真空度測(cè)表壓及真空度 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)

18、 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 gRpp BA )( 21 跟跟U型管的直徑無(wú)關(guān)型管的直徑無(wú)關(guān); gR A21 pp 表表示示表表壓壓強(qiáng)強(qiáng)的的大大小小時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) 表表示示真真空空度度的的大大小小時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) 大大氣氣 大大氣氣 Rpp Rpp 1 1 跟連接管長(zhǎng)度無(wú)關(guān)跟連接管長(zhǎng)度無(wú)關(guān) 23 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 24 例例1:1:常溫水在管道流過(guò)。為測(cè)常溫水在管道流過(guò)。為測(cè)a a、b b兩點(diǎn)壓力差兩點(diǎn)壓力差, ,安裝安裝 U U型壓差計(jì)型壓差計(jì),R=0.1m,R=0.1m,試計(jì)算試計(jì)算a a、b

19、b兩點(diǎn)壓力差為若干？?jī)牲c(diǎn)壓力差為若干？ 已知水與汞的密度分別為已知水與汞的密度分別為1000kg/m1000kg/m3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。 解：解：( 和和 等壓面等壓面) )11 11 pp gxpp OHa 2 1 22 22 pp 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 gRpp Hg 21 )( 2 2 xRgpp OHb (Pa)1024. 11 . 081. 9)100013600( 4 2 gRgRpp OHHgba 方方 法法 一一 25 11 pp gxpp OHa 2 1 22 pp

20、 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 gx OH2 gxgR OHHg 2 Pa1024. 11 . 081. 9)100013600( 4 2 gRgRpp OHHgba gxp OH21 gRp Hg 2 )( 2 xRgp OHb 方方 法法 二二 26 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 1) 1) 倒倒U U管壓差計(jì)：管壓差計(jì)： 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :AA空氣空氣,B,B被測(cè)液被測(cè)液; ; 計(jì)算計(jì)算: : )( 1 mRgpp Ba gmpp Ba 2 gRpp B 21 化工原理化工原理第一章第一章 流體流

21、動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 (2).(2).測(cè)小壓差差壓計(jì)：測(cè)小壓差差壓計(jì)： aa pp 等等壓壓面面）(aa 待側(cè)流體密度待側(cè)流體密度 27 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例例: :常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過(guò)常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過(guò)1-11-1 和和 2-22-2 截面的壓差為截面的壓差為2.472kPa,2.472kPa,問(wèn)采用普通問(wèn)采用普通U U管水銀壓差管水銀壓差 計(jì)和倒計(jì)和倒U U管壓差計(jì)測(cè)量管壓差計(jì)測(cè)量, ,讀數(shù)讀數(shù)R R分別為多少？已知水與分別為多少？已知水與 汞密度為汞密度為1000kg/m10

22、00kg/m3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。 解：解： m020. 0 81. 9)100013600( 10472. 2 )( 3 21 2 g pp R OHHg 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 U U管壓差計(jì)管壓差計(jì) ( (水銀水銀- -水水) ) 倒倒U U管壓差計(jì)管壓差計(jì) ( (水水- -空氣空氣) ) m252. 0 81. 91000 10472. 2 3 21 2 g pp R OH 28 2) 2) 微差壓差計(jì)：微差壓差計(jì)： 計(jì)算計(jì)算: : 測(cè)量測(cè)量: :擴(kuò)張室液位均不變擴(kuò)張室液位均不變

23、 gRpp CA )( 21 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :兩端均有擴(kuò)張室兩端均有擴(kuò)張室, ,且且 ; ;CA 注意：注意： CA 是兩種指示液的密度差，不是指示液與被測(cè)流體是兩種指示液的密度差，不是指示液與被測(cè)流體 的密度差。適于更小壓差的密度差。適于更小壓差( (氣流氣流) )的測(cè)量；的測(cè)量； 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 Z m aa 29 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 ba pp )()( 21 2 RRg OHHg (3)(3)測(cè)大壓差差壓計(jì)：測(cè)大壓差差壓計(jì)：

24、P10:P10:例例1-41-4 30 2.2.液位的測(cè)量：液位的測(cè)量： 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 1)普通玻璃管液位計(jì)普通玻璃管液位計(jì) h=h 2)壓差法測(cè)量液位壓差法測(cè)量液位 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 31 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 32 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 3)3)遠(yuǎn)距離液位測(cè)量。遠(yuǎn)距離液位測(cè)量。 33 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 解：解： ba pp gRpp

25、 Hgb 0 例：自管口通入壓縮氮?dú)饫鹤怨芸谕ㄈ雺嚎s氮?dú)? ,用閥用閥1 1控制氣速很小控制氣速很小( (通過(guò)通過(guò) 吹氣管吹氣管4 4的流阻可忽略的流阻可忽略) )。U U管壓差計(jì)管壓差計(jì)3 3的讀數(shù)的讀數(shù)R,R,可反可反 映貯罐映貯罐5 5內(nèi)液位。已知指示液為水銀內(nèi)液位。已知指示液為水銀,R=lOOmm,R=lOOmm,罐內(nèi)罐內(nèi) 液體密度液體密度125Okg/m125Okg/m3 3, ,貯罐上方與大氣相通貯罐上方與大氣相通, ,求求h h為若為若 干。干。 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) ghppa 0 m09. 1 1250 1 . 013600 R h Hg 第一節(jié)第

26、一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 34 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 3.3.液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 (1)(1)防爆防爆 g - h amax pp 計(jì)算 35 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 (2)(2)防泄漏防泄漏 g p-p h a 混合冷凝器混合冷凝器 36 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 生產(chǎn)過(guò)程中流體的輸送都是

27、在密閉的管生產(chǎn)過(guò)程中流體的輸送都是在密閉的管 道中進(jìn)行的，因此研究流體在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律道中進(jìn)行的，因此研究流體在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律 是非常必要的。無(wú)論是在化工廠、制藥廠、生是非常必要的。無(wú)論是在化工廠、制藥廠、生 物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見(jiàn)。要實(shí)現(xiàn)流體的物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見(jiàn)。要實(shí)現(xiàn)流體的 輸送這一單元操作，必須了解流體在管道內(nèi)流輸送這一單元操作，必須了解流體在管道內(nèi)流 動(dòng)的相應(yīng)規(guī)律。反映這一規(guī)律的基本關(guān)系有動(dòng)的相應(yīng)規(guī)律。反映這一規(guī)律的基本關(guān)系有連連 續(xù)性方程式續(xù)性方程式和和 Bernoullis Bernoullis 方程式方程式。 37 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二

28、節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 38 一、流量和流速一、流量和流速 時(shí)時(shí)間間 流流體體量量 流流量量 VW ss 2.2.流速流速 1.1.流量流量 截面積截面積時(shí)間時(shí)間 流體量流體量 流速流速 截截面面積積 體體積積流流量量 u A Vs 1)1)平均流速平均流速 2)2)質(zhì)量流速質(zhì)量流速 u A W s 截截面面積積 質(zhì)質(zhì)量量流流量量 G AGAuVW ss 體積流量體積流量 質(zhì)量流量質(zhì)量流量 /sm , 3 s V kg/s , s W 單位時(shí)間內(nèi)流體流過(guò)的距離單位時(shí)間內(nèi)流體流過(guò)的距離 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的

29、流動(dòng) ，m/sm/s ，kg/s.mkg/s.m2 2 39 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 40 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例例: :以?xún)?nèi)徑以?xún)?nèi)徑105mm105mm鋼管輸送壓力鋼管輸送壓力2atm2atm、溫度、溫度120120的空的空 氣。已知空氣在標(biāo)態(tài)下的體積流量為氣。已知空氣在標(biāo)態(tài)下的體積流量為630m630m3 3/h/h，求此，求此 空氣在管內(nèi)的流速和質(zhì)量流速?？諝庠诠軆?nèi)的流速和質(zhì)量流速。 解：解： sm54.14 105.0 126.04 2 由由PVTPVT 方程方程: : uG s

30、m126. 0 2 1 273 )120273( 3600 630 3 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) s)kg/(m15.2654.14 )120273( 273 1 2 4 .22 29 2 p p T T VV s 0 0 0 2 4 i s d V u u T T p pM 0 0 4 .22 41 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 3.3.管徑的估算：管徑的估算： 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) uAVs m u V d s i , 4

31、 )( 計(jì)計(jì) 4.4.流速的選擇：流速的選擇： u u大大, ,則則d di i小小, ,投資費(fèi)小投資費(fèi)小, ,操作費(fèi)用大；操作費(fèi)用大； 液體流速可取液體流速可取0.5-3m/s0.5-3m/s， 氣體流速可取氣體流速可取10-30m/s10-30m/s。 dVs ud 2 4 u 投資費(fèi)投資費(fèi) 操作費(fèi)操作費(fèi) 總費(fèi)用總費(fèi)用 $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 42 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例例: :某精餾塔進(jìn)料量為某精餾塔進(jìn)料量為50000kg/h50000kg/h，料液性質(zhì)和水相，料液性質(zhì)和水相 近近, ,密度為密度為960kg/m960kg/m3 3，試

32、選擇進(jìn)料管徑。，試選擇進(jìn)料管徑。 解：解： u V d s i 4 /sm0145. 0 9603600 50000 3 m 0.101 8 . 114. 3 0145. 04 i d 查附錄查附錄19,19,選用選用 1O81O8 4mm4mm的無(wú)縫鋼管的無(wú)縫鋼管, ,其內(nèi)徑為其內(nèi)徑為: : 選取選取u=l.8m/s,u=l.8m/s,可得可得: : m 0.1mm 100 24108 i d 核算流速核算流速, 即：即：m/s85. 1 1 . 014. 3 0145. 04 2 u 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) s s W

33、 V 其中其中 43 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 0 u )z,y,x(f)p(u等等或或 1.1.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)任一點(diǎn)上流速、壓強(qiáng)等物理量均任一點(diǎn)上流速、壓強(qiáng)等物理量均不不 隨時(shí)間而變隨時(shí)間而變,僅隨位置而變僅隨位置而變 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 44 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 2.2.非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)： ),z ,y,x(f)p(u 等等或或 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流

34、體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 45 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 對(duì)于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：對(duì)于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)： 1 1 u uA1 A1u uB1 B1 2 2 u uA2 A2u uB2 B2 3 3 u uA3 A3u u uA2 A2u uA3 A3， ，u uB1 B1u uB2 B2u uB3 B3 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 46 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) constAuAu 2211 三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程物料衡算物料衡算 對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量= =輸出量輸出量 constWW ss 21 化工原

35、理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) constAuAu 222111 s1 W 222111 AuAu 推廣到任一截面推廣到任一截面: 不可壓縮流體不可壓縮流體 在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中， 流量一定時(shí)，管路各流量一定時(shí)，管路各 截面上截面上流速流速的變化規(guī)律的變化規(guī)律 圓形管道圓形管道 2 1 2 1 2 2 1 d d A A u u 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) s2 W 47 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) m/s 51. 0 )1010( 4 104 22 3 2 2 A V u s m/s 15. 8 )105 . 2( 4

36、104 22 3 1 1 A V u s 例例: :輸水管道內(nèi)徑為輸水管道內(nèi)徑為:d:d1 1=2.5cm;d=2.5cm;d2 2=10cm; d=10cm; d3 3=5cm=5cm。 (1)(1)當(dāng)流量為當(dāng)流量為4L/s4L/s時(shí)，各管段的平均流速為若干？時(shí)，各管段的平均流速為若干？ (2)(2)當(dāng)流量增至當(dāng)流量增至8L/s8L/s時(shí)，平均流速如何變化？時(shí)，平均流速如何變化？ 解：解： （1 1） 同理：同理：m/s 04. 2 3 u （2 2） 流量增為原來(lái)的流量增為原來(lái)的2 2倍，則各段流速亦增加至倍，則各段流速亦增加至2 2倍，即倍，即 u u1 116.3m/s16.3m/s，

37、u u2 2=1.02m/s=1.02m/s，u u3 3=4.08m/s=4.08m/s 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 48 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 例例: :某壓縮機(jī)的吸入管路直徑為某壓縮機(jī)的吸入管路直徑為200mm200mm，壓出管路直，壓出管路直 徑為徑為80mm80mm，吸入管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為，吸入管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為9.739.7310104 4PaPa，溫度，溫度 為為3030，壓出管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)為，壓出管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)為5.8865.88610105 5

38、PaPa（表（表 壓），溫度為壓），溫度為8080，已測(cè)得吸入管內(nèi)氣體平均，已測(cè)得吸入管內(nèi)氣體平均流速流速 為為20m/s20m/s，試求壓出管的流速、質(zhì)量流速和壓縮機(jī)的，試求壓出管的流速、質(zhì)量流速和壓縮機(jī)的 排氣量（以質(zhì)量流量表示）排氣量（以質(zhì)量流量表示） 3 5 4 1 m/kg12. 1 10013. 1 1073. 9 30273 273 4 .22 29 s .m/kg4 .222012. 1u G 2 111 解：吸入管解：吸入管 49 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 3 5 55 2 m/kg81. 6 10013.

39、 1 10886. 510013. 1 80273 273 4 .22 29 s .m/kg140 08. 0 2 . 0 4 .22 d d G G 2 2 2 2 2 2 1 12 m/s6 .2081. 6/140/G u 222 s/kg704. 0 4 2 . 0 4 .22AGw 2 11s 壓出管壓出管 壓縮機(jī)的排氣量壓縮機(jī)的排氣量 50 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 柏努利，柏努利，.（Daniel Bernouli,17001782）瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)）瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué) 家、醫(yī)學(xué)家。他是先后獲得過(guò)哲學(xué)碩士學(xué)位

40、、醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，并成為家、醫(yī)學(xué)家。他是先后獲得過(guò)哲學(xué)碩士學(xué)位、醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，并成為 外科名醫(yī)并擔(dān)任過(guò)解剖學(xué)教授。但在父兄熏陶下最后仍轉(zhuǎn)到數(shù)理科學(xué)。外科名醫(yī)并擔(dān)任過(guò)解剖學(xué)教授。但在父兄熏陶下最后仍轉(zhuǎn)到數(shù)理科學(xué)。 柏努利成功的領(lǐng)域很廣，除流體動(dòng)力學(xué)這一主要領(lǐng)域外，還有天文測(cè)柏努利成功的領(lǐng)域很廣，除流體動(dòng)力學(xué)這一主要領(lǐng)域外，還有天文測(cè) 量、引力、行星的不規(guī)則量、引力、行星的不規(guī)則. 柏努利開(kāi)辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，區(qū)分了流體靜力學(xué)與柏努利開(kāi)辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，區(qū)分了流體靜力學(xué)與 動(dòng)力學(xué)的不同概念。動(dòng)力學(xué)的不同概念。1738年，他發(fā)表了十年寒窗寫(xiě)成的年，他發(fā)表了十年寒窗寫(xiě)成的流體動(dòng)力學(xué)

41、流體動(dòng)力學(xué) 一書(shū)。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫(xiě)流體運(yùn)動(dòng)的基本概念，一書(shū)。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫(xiě)流體運(yùn)動(dòng)的基本概念， 引人了引人了“勢(shì)函數(shù)勢(shì)函數(shù)”“”“勢(shì)能勢(shì)能”（“位勢(shì)提高位勢(shì)提高”）來(lái)代替單純用）來(lái)代替單純用“活力活力 討論，從而表述了關(guān)于理想流體穩(wěn)定流動(dòng)的伯努利方程，這實(shí)質(zhì)上是討論，從而表述了關(guān)于理想流體穩(wěn)定流動(dòng)的伯努利方程，這實(shí)質(zhì)上是 機(jī)械能守恒定律的另一形式。他還用分子與器壁的碰撞來(lái)解釋氣體壓機(jī)械能守恒定律的另一形式。他還用分子與器壁的碰撞來(lái)解釋氣體壓 強(qiáng)，并指出，只要溫度不變，氣體的壓強(qiáng)總與密度成正，與體積成反強(qiáng)，并指出，只要溫度不變，氣體的壓強(qiáng)總與密度成正，與

42、體積成反 比，用此解釋了玻意耳定律。比，用此解釋了玻意耳定律。 51 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 四、四、柏努利方程柏努利方程能量衡算能量衡算 衡算范圍：衡算范圍：1-11-1 至至2-22-2 截面截面 衡算基準(zhǔn)：衡算基準(zhǔn)：1kg1kg不可壓縮流體不可壓縮流體 基準(zhǔn)水平面：基準(zhǔn)水平面：0-00-0 平面平面 依據(jù)依據(jù): : 輸入總能量輸入總能量= =輸出總能量輸出總能量 1. 流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算 1 1 2 2 2 1 00 Z 1 Z 2 52 內(nèi)能內(nèi)能 U: J/kgU: J/kg； 位能位能: :

43、 動(dòng)能動(dòng)能: : 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) (1) 流體在流動(dòng)過(guò)程中所具有的能量流體在流動(dòng)過(guò)程中所具有的能量(對(duì)于對(duì)于1kg流體流體): m kg： 位能位能 = mgZ， J m kg： 動(dòng)能動(dòng)能 = mu2/2， J 靜壓能靜壓能( (壓強(qiáng)能壓強(qiáng)能) ) m kg-V m3： , J pV 靜靜壓壓能能 p m pV m V 1 kg： 位能位能 = gZ， J/kg 1 kg： 動(dòng)能動(dòng)能 = u2/2 ， J/kg 1 kg- m3 ：靜壓能：靜壓能 ,J/kg 53 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第

44、二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 在右圖所示的管道上開(kāi)孔，裝在右圖所示的管道上開(kāi)孔，裝 上一垂直于管軸的細(xì)玻璃管，管內(nèi)上一垂直于管軸的細(xì)玻璃管，管內(nèi) 流動(dòng)的液體便會(huì)在玻璃管內(nèi)升起，流動(dòng)的液體便會(huì)在玻璃管內(nèi)升起， 這就是流動(dòng)著的液體具有靜壓強(qiáng)的這就是流動(dòng)著的液體具有靜壓強(qiáng)的 表現(xiàn)。表現(xiàn)。 在管道內(nèi)取一任意截面在管道內(nèi)取一任意截面 n ， 該處的靜壓強(qiáng)為該處的靜壓強(qiáng)為 p ，流體要流過(guò)該，流體要流過(guò)該 截面所受的總阻力即為：截面所受的總阻力即為： 流動(dòng)系統(tǒng)中流體靜壓能的測(cè)定流動(dòng)系統(tǒng)中流體靜壓能的測(cè)定 h L n n pAP 設(shè)設(shè) 1kg 流體被壓過(guò)流體被壓過(guò) n 截面所經(jīng)過(guò)的距離為截面

45、所經(jīng)過(guò)的距離為 L（ L=v/A，v為流體為流體 的比容的比容 ），則對(duì)這），則對(duì)這 1kg 流體作功為流體作功為 pvAvpApALPL)/(此即為此處流體的靜壓能此即為此處流體的靜壓能 流動(dòng)流體的靜壓能流動(dòng)流體的靜壓能 54 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) (2) 外部環(huán)境對(duì)流體提供的能量外部環(huán)境對(duì)流體提供的能量(對(duì)于對(duì)于1kg流體流體): 外功外功( )( )凈功或凈功或有效功有效功，J/kgJ/kg； e W 熱量熱量( )( )獲得的熱量獲得的熱量，J/kgJ/kg

46、； e Q ee QW p ugzU 1 2 111 2 1 2 2 222 2 1p ugzU see WWN pe NN / 總能量衡算式總能量衡算式 55 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 56 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 2.機(jī)械能衡算式機(jī)械能衡算式 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律: : 流體受熱而引起體積膨脹所作的流體受熱而引起體積膨脹所作的 功功,J/kg ,J/kg 2 1 v v pdv 式中式中 因流阻而損失的能量，因流阻而損失的能量，J/kgJ/k

47、g f h 2 1 2 1 v v f v v 12 pdv-pdv- -hQQUUU e 57 22 2 2 2211 2 1 11 22 vp u gZUQWvp u gZU ee eeQWpv u ZgU)( 2 2 v2 v1 12 pdv- -QUUU f hQQe v2 v1 f pdv-hQUe p2 p1 v2 v1 2 1 vdppdv)d(pv)(pv p2 p1 f vdp)(hQpvUe f p2 p1 2 vdp 2 hW u Zge 58 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22

48、 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 機(jī)械能衡算式機(jī)械能衡算式 機(jī)械能機(jī)械能(E)(E) p ugz 2 2 1 E 不可壓縮流體：不可壓縮流體： 比容比容或密度或密度為常數(shù)為常數(shù) p p2 p1 vdp 59 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 理想流體理想流體( (即即 ),),若若 , ,則：則：0 f h0 e W pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 3. 柏努利方程式柏努利方程式 60 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)

49、第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 4. 柏努利方程式的討論柏努利方程式的討論 (1) (1)理想流體理想流體( (即即 ),),若若 , ,則則：0 f h0 e W pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 21 EE 能量之間相互轉(zhuǎn)換能量之間相互轉(zhuǎn)換 各項(xiàng)不一定相等各項(xiàng)不一定相等 總機(jī)械能守恒總機(jī)械能守恒 61 例例: :理想流體穩(wěn)態(tài)流經(jīng)異徑的水平管從理想流體穩(wěn)態(tài)流經(jīng)異徑的水平管從1-11-1 截面流至截面流至 2-22-2 截面。截面。 21 gZgZ pu pu 2 2 21 2 1 22 22 2 2 2 1 uu 21 pp 即部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能即部分

50、靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 62 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 例例: :理想流體在如圖所示的等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)理想流體在如圖所示的等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí), , 機(jī)械能將如何轉(zhuǎn)換？機(jī)械能將如何轉(zhuǎn)換？ 解：解： 21 ZZ 因此，部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能因此，部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 21 pp 22 2 2 2 2 1 1 u gz u g

51、z pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 21 uu 63 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) (2)(2)實(shí)際流體實(shí)際流體 ( (黏性損耗）黏性損耗） 21 EE f h pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 21 ZZ 21 uu 0 f h 21 pp 0 f h0 e W，若無(wú)外功加入，即，若無(wú)外功加入，即 ，則，則 f1 hEE 2 上游截面的總機(jī)械上游截面的總機(jī)械 能大于下游截面的能大于下游截面的 總機(jī)械能總機(jī)械能 64 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 化工原

52、理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 無(wú)外功：無(wú)外功： f hEE 21 21 EE 輸送條件：輸送條件： (3)(3)輸送流體的方法輸送流體的方法 用壓縮空氣壓送液體，即提高用壓縮空氣壓送液體，即提高p p1 1 (1) P(1) P1 1 壓縮空氣壓縮空氣 (2) Z(2) Z1 1 利用高位槽輸送液體，即提高利用高位槽輸送液體，即提高Z Z1 1 65 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) (3) P(3) P2 2 (4) W(4) We e00 通過(guò)泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量通過(guò)泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量W W

53、e e。 抽送液體，即降低抽送液體，即降低p2 66 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) (4)(4)靜止時(shí)靜止時(shí), ,0 21 uu0 f h0 e W p gZ p gZ 2 2 1 1 ( (靜力學(xué)方程）靜力學(xué)方程） (5)(5)對(duì)于可壓縮流體：對(duì)于可壓縮流體： %20)( 121 ppp2)( 21m 若若 , ,則則 能量表達(dá)方式能量表達(dá)方式 )-(- 2112 zzgpp 壓強(qiáng)表達(dá)方式壓強(qiáng)表達(dá)方式 若若 (6) gz， ， P ， 2 2 u 為某一截面上流體所具有的機(jī)械能，為某一截面上流體所具有的機(jī)械能， We，hf為流

54、體在兩截面間獲得或損失的能量。為流體在兩截面間獲得或損失的能量。 67 (7)(7)不同基準(zhǔn)的柏努利方程：不同基準(zhǔn)的柏努利方程： 以單位重量為基準(zhǔn)以單位重量為基準(zhǔn) g h g p g u Z g W g p g u Z f e 2 2 2 2 1 2 1 1 22 位位壓壓頭頭；Z 動(dòng)動(dòng)壓壓頭頭； g u 2 2 靜靜壓壓頭頭； g p 外外加加壓壓頭頭； g W H e e 壓壓頭頭損損失失 g h H f f m N mN N J 單單位位： 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 1N流體流體 68 化工原理化工原理課件課件第一章第

55、一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 以單位體積為基準(zhǔn)以單位體積為基準(zhǔn) ；力力外外加加壓壓強(qiáng)強(qiáng))( ee Wp 損損失失。力力降降或或壓壓強(qiáng)強(qiáng)力力壓壓強(qiáng)強(qiáng))()( ff hp fe hp u gZWp u gZ 2 2 2 21 2 1 1 22 流流體體即即kg Pa m N m mN m J 233 單單位位： 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 1m3流體流體 69 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 五、柏努利方程式的應(yīng)用五、

56、柏努利方程式的應(yīng)用 fe h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 測(cè)定管道中流體的流量（流速）測(cè)定管道中流體的流量（流速） 確定設(shè)備之間的相對(duì)位置確定設(shè)備之間的相對(duì)位置 確定輸送設(shè)備的有效功率確定輸送設(shè)備的有效功率 確定管路中流體的壓強(qiáng)確定管路中流體的壓強(qiáng) 70 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 1. 1.計(jì)算步驟計(jì)算步驟 （1 1）繪制流程圖，標(biāo)出流向）繪制流程圖，標(biāo)出流向 （2 2）確定上下游截面）確定上下游截面 （3 3）選擇基準(zhǔn)水平面）選擇基準(zhǔn)水平面 （4 4）列柏努利方程求解）列柏努利方程求解

57、71 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 2. 2.注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： (1) (1) 截面的選取截面的選取 垂直于流動(dòng)方向垂直于流動(dòng)方向 (2) (2) 基準(zhǔn)水平面選取基準(zhǔn)水平面選取 v 與地面平行與地面平行 注意對(duì)應(yīng)注意對(duì)應(yīng) f h 連續(xù)流體連續(xù)流體 v Z Z值為垂直距離值為垂直距離 v 宜取低水平面宜取低水平面 已知量較多已知量較多 72 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流

58、動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) (3)(3)物理量大小及單位：物理量大小及單位： l 大截面處的流速視為大截面處的流速視為0 0；出口管道的截面宜取管內(nèi)側(cè)出口管道的截面宜取管內(nèi)側(cè) o u u平均流速平均流速 pu gZ pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 o Z,P Z,P以管中心線(xiàn)為基準(zhǔn)以管中心線(xiàn)為基準(zhǔn) 注意計(jì)算單位注意計(jì)算單位(1kg,1m(1kg,1m3 3,1N),1N) o 可用絕壓或表壓可用絕壓或表壓, ,但兩截面須一致但兩截面須一致 73 化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在

59、管內(nèi)的流動(dòng) 例例: :求求WeWe 1200kg/m 1200kg/m3 3 P=101325Pa P=101325Pa。 蒸發(fā)室壓強(qiáng)蒸發(fā)室壓強(qiáng)2OOmmHg(2OOmmHg(真空度真空度) )。 15m, 15m, 6868 4mm,2Om4mm,2Om3 3/h, /h, 全部能損為全部能損為12OJ/kg12OJ/kg。 求泵的有效功率求泵的有效功率 分析：分析： 上游截面：上游截面： 下游截面：下游截面： 1-11-1，3-33-3， 4-44-4 5-55-5，2-22-2，6-66-6 74 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 解：由柏努利方程：解：由柏努利方程： fe

60、 h pu gZW pu gZ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 其中其中 ),Pa(26666101330 760 200 2 表表壓壓 p )(0, 0,0 111 表表壓壓 puZ m,15 2 Z 3 /1200mkg kgJhf/120 m/s97. 1 1000 60 4 3600 20 22 A V u s kgJWe/9 .246 skgVW ss /67. 6 3600 )120020( W1647 see WWN 75 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 例例:求求Z Z 小區(qū)輸水系統(tǒng)小區(qū)輸水系統(tǒng) 水管管徑水管