第一章流體流動1

1、2022-2-21化工原理 緒論1化化 工工 原原 理理主講人主講人: : 姜美英姜美英2022-2-21化工原理 緒論2課課 程程 內(nèi)內(nèi) 容容流體流動流體流動第一章第一章液體輸送機(jī)械液體輸送機(jī)械離心泵離心泵第二章第二章傳熱傳熱第三章第三章精餾精餾第四章第四章吸收吸收第五章第五章2022-2-21化工原理 緒論3 化工過程與單元操作化工過程與單元操作 單元操作的特點(diǎn)單元操作的特點(diǎn) 單元操作的分類單元操作的分類 單元操作常用基本概念單元操作常用基本概念緒論緒論2022-2-21化工原理 緒論4化工過程與單元操作化工過程與單元操作原料原料前處理前處理化學(xué)加工化學(xué)加工后處理后處理產(chǎn)品產(chǎn)品除去雜質(zhì)、改

2、變除去雜質(zhì)、改變溫度、壓力等溫度、壓力等物理變化過程物理變化過程 生成新的物質(zhì)，生成新的物質(zhì)，化學(xué)變化過程化學(xué)變化過程精制、分離達(dá)精制、分離達(dá)必要的純度，必要的純度，物理變化過程物理變化過程化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程特性特性化工單元過程化工單元過程化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程物理過程物理過程共性共性化工單元操作化工單元操作2022-2-21化工原理 緒論5 化工生產(chǎn)中共有的操作化工生產(chǎn)中共有的操作; 物理性操作：物理性操作：只改變物料狀態(tài)和物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)變。只改變物料狀態(tài)和物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)變。 同一操作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其作用相同、設(shè)備相同一操作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其作用相同、設(shè)備相

3、似似化工單元操作：化工生產(chǎn)中普遍采用的、遵循共同的物理化工單元操作：化工生產(chǎn)中普遍采用的、遵循共同的物理定律、所用設(shè)備相似、作用相同的那些基本操作。定律、所用設(shè)備相似、作用相同的那些基本操作。什么叫化工單元操作什么叫化工單元操作?單元操作三大特點(diǎn)：單元操作三大特點(diǎn)：2022-2-21化工原理 緒論6按操作的理論基礎(chǔ)劃分按操作的理論基礎(chǔ)劃分 以以動量傳遞動量傳遞為基礎(chǔ)：流體輸送、攪拌、沉降、過濾，離心為基礎(chǔ)：流體輸送、攪拌、沉降、過濾，離心分離分離 以以熱量傳遞熱量傳遞理論為基礎(chǔ)：加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝理論為基礎(chǔ)：加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝 以以質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)：蒸餾、吸收、吸附、萃取理論

4、為基礎(chǔ)：蒸餾、吸收、吸附、萃取 熱、質(zhì)熱、質(zhì)同時(shí)傳遞：干燥、結(jié)晶、增濕、減濕同時(shí)傳遞：干燥、結(jié)晶、增濕、減濕 單元操作分類單元操作分類2022-2-21化工原理 緒論7 問題：你車間有哪些化工單元操作？請說出五種問題：你車間有哪些化工單元操作？請說出五種以上？其作用是什么？以上？其作用是什么？單元操作單元操作作用作用所用設(shè)備所用設(shè)備流體輸送輸送泵、壓縮機(jī)等傳熱改變溫度和相態(tài)換熱器吸收氣體分離吸收塔蒸發(fā)提濃蒸發(fā)器蒸餾液體分離蒸餾塔干燥除濕干燥塔2022-2-21化工原理 緒論8 1 1、物料衡算：、物料衡算： 2 2、能量衡算：、能量衡算： 3 3、平衡關(guān)系：、平衡關(guān)系： 4 4、傳遞速率、傳遞

5、速率 阻力推動力傳遞速率 單元操作常用基本概念單元操作常用基本概念輸入物料量輸入物料量=輸出物料量輸出物料量+物料損失物料損失輸入能量輸入能量=輸出能量輸出能量+能量損失能量損失判斷過程的方向和極限判斷過程的方向和極限2022-2-21化工原理 緒論9第一節(jié)：流體靜力學(xué)第一節(jié)：流體靜力學(xué)第二節(jié)：流體動力學(xué)第二節(jié)：流體動力學(xué)第三節(jié)：流體在管內(nèi)流動阻力第三節(jié)：流體在管內(nèi)流動阻力第一章：流體流動第一章：流體流動2022-2-21化工原理 緒論10第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 一、流體的密度、相對密度和比容一、流體的密度、相對密度和比容 二、流體靜壓強(qiáng)二、流體靜壓強(qiáng) 三、靜力學(xué)方程式三、靜力學(xué)方

6、程式 四、靜力學(xué)方程式的應(yīng)用四、靜力學(xué)方程式的應(yīng)用2022-2-21化工原理 緒論11一一.密度、相對密度和比容密度、相對密度和比容1、密度：單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的、密度：單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度密度。第一節(jié)：流體靜力學(xué)第一節(jié)：流體靜力學(xué)常溫下常溫下 水的密度：水的密度：1000水銀的密度：水銀的密度：1360098%硫酸的密度：硫酸的密度：1836kg/m3kg/m3kg/m3Vmkg/m3 定義式：定義式：影響因素：影響因素：溫度：溫度：T ， 壓力：壓力：P ， （注意對液體忽略）（注意對液體忽略）常壓下水的密度常壓下水的密度4時(shí)時(shí): 100020時(shí)時(shí): 998.210

7、0時(shí)時(shí): 958.4kg/m3 kg/m3 kg/m3 2022-2-21化工原理 緒論123 3、比容：單位質(zhì)量流體具有的體積，、比容：單位質(zhì)量流體具有的體積，稱為比容，稱為比容，是是密度的倒數(shù)。密度的倒數(shù)。1mVvm3/kg 2 2、相對密度：在一定條件下，某種流體的密度與在標(biāo)準(zhǔn)大氣、相對密度：在一定條件下，某種流體的密度與在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和壓和44的純水的密度之比，稱為的純水的密度之比，稱為相對密度相對密度，又稱比重，用符，又稱比重，用符號號d d表示。表示。10002OHd注意注意: 三者關(guān)系：三者關(guān)系：vd110002022-2-21化工原理 緒論131.從手冊中查得從手冊中查得293k

8、乙醇的相對密度為乙醇的相對密度為0.789，則其密度為則其密度為 ，500kg乙醇的體積乙醇的體積為為 。例例(789kg/m3 , 0.634 m3 )2022-2-21化工原理 緒論14l 混合液體混合液體（ m） 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 12121nmnwww12,nw ww液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 l 氣體氣體 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算：方程計(jì)算： RTpMRTMmnRTpV 2022-2-21化工原理 緒論15RTpMvm式中式中

9、p 氣體的壓力，氣體的壓力，kPa； T 氣體的絕對溫度，氣體的絕對溫度，K； M 氣體的分子量，氣體的分子量，kg/kmol（千摩千摩 爾質(zhì)量爾質(zhì)量） R 通用氣體常數(shù)，通用氣體常數(shù)，8.314kJ/kmolK。(1-3)氣體密度也可按下式計(jì)算氣體密度也可按下式計(jì)算000 TppT(1-4) 上式中的上式中的0 0M/22.4kg/mM/22.4kg/m3 3為為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（即（即T T0 0=273K=273K及及p p0 0=1atm=1atm）下氣體的密度。）下氣體的密度。2022-2-21化工原理 緒論16RTpMmmmM混合氣體的平均摩爾質(zhì)量混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 1 122

10、mnnMM xM xM x12,nx xx氣體混合物中各組分的摩爾氣體混合物中各組分的摩爾( (體積體積) )分率。分率。 l 混合氣體（混合氣體（ m m） 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nnm2211氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。 n21,或或2022-2-21化工原理 緒論17 壓力壓力: : 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力壓力。 1.定義式定義式: : N/m2或或Pa；第一節(jié)：流體靜力學(xué)第一節(jié)：流體靜力學(xué)AFp 2.壓力的單位壓力

11、的單位由定義導(dǎo)出由定義導(dǎo)出:N/m2 , kgf/m2用在氣壓表示用在氣壓表示:物理大氣壓物理大氣壓(atm), 工程大氣壓工程大氣壓(at)用液柱高度表示用液柱高度表示:mH2O mmHg二、流體靜壓強(qiáng)二、流體靜壓強(qiáng)2022-2-21化工原理 緒論181atm = 1.013105Pa=1.033kgf/m2=760mmHg=10.33m H2O1at=98.1kPa =1kgf/m2=735.6mmHg =10m H2O壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系壓強(qiáng)的單位換算關(guān)系:P178附表附表72022-2-21化工原理 緒論192. 壓力的表示方法壓力的表示方法 以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力稱絕對壓力以絕對真

12、空為基準(zhǔn)測得的壓力稱絕對壓力: :反應(yīng)真反應(yīng)真實(shí)壓力實(shí)壓力三者關(guān)系三者關(guān)系:表表 壓壓 = 絕對壓力絕對壓力 大氣壓力大氣壓力真空度真空度 = 大氣壓力大氣壓力 絕對壓力絕對壓力=-表壓表壓兩種兩種基準(zhǔn)基準(zhǔn)絕對零壓絕對零壓以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓低的部分稱真空度以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓低的部分稱真空度大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓高的部分稱表壓。以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓高的部分稱表壓。反應(yīng)相反應(yīng)相對壓力對壓力2022-2-21化工原理 緒論20絕對壓力絕對壓力 絕對壓力絕對壓力 絕對真空絕對真空 表壓表壓 真空度真空度 1p2p大氣壓大氣壓 絕對壓力絕對壓力 =大氣壓力大氣壓力+表壓表壓 絕

13、對壓力絕對壓力 =大氣壓力大氣壓力 真空度真空度P真空度越大，絕對壓強(qiáng)真空度越大，絕對壓強(qiáng)越小越小2022-2-21化工原理 緒論21 流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面； 任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反； 作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。3.靜壓力的特性靜壓力的特性2022-2-21化工原理 緒論22注意幾點(diǎn)注意幾點(diǎn):1、壓力表的讀數(shù)為表壓強(qiáng)，真空表的讀數(shù)為真空度。、壓力表的讀數(shù)為表壓強(qiáng)，真空表的讀數(shù)為真空度。2、標(biāo)注壓強(qiáng)時(shí)，表壓和真空度必須注明

14、，絕對壓強(qiáng)、標(biāo)注壓強(qiáng)時(shí)，表壓和真空度必須注明，絕對壓強(qiáng)可不標(biāo)注。如可不標(biāo)注。如P=100Pa（表壓）、（表壓）、P=100Pa（真空度）（真空度）3、大氣壓強(qiáng)必須以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)為準(zhǔn)、大氣壓強(qiáng)必須以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)為準(zhǔn)2022-2-21化工原理 緒論232022-2-21化工原理 緒論24例例:PP1、如果當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)以、如果當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)以100kPa計(jì)，要計(jì)，要求塔頂操作壓強(qiáng)控制為求塔頂操作壓強(qiáng)控制為5kPa（絕對），（絕對），則塔頂應(yīng)裝真空表還是壓力表？表上讀則塔頂應(yīng)裝真空表還是壓力表？表上讀數(shù)為多少？數(shù)為多少？2、如果塔底壓力表的讀數(shù)為、如果塔底壓力表的讀數(shù)為80kPa，問，問塔頂

15、和塔底兩處的絕對壓強(qiáng)之差為多少？塔頂和塔底兩處的絕對壓強(qiáng)之差為多少？真空度真空度=大氣壓大氣壓-絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) =100-5=95kPa絕對壓力絕對壓力 =大氣壓力大氣壓力+表壓表壓=100+80=180kPa兩處的絕對壓強(qiáng)之差兩處的絕對壓強(qiáng)之差=180-5=175kPa2022-2-21化工原理 緒論25例例:在蘭州操作的某精餾塔頂?shù)恼婵斩葹樵谔m州操作的某精餾塔頂?shù)恼婵斩葹?2KPa，問在天津，問在天津操作時(shí)，如果要維持相同的絕對壓強(qiáng)，真空表的讀數(shù)應(yīng)操作時(shí)，如果要維持相同的絕對壓強(qiáng)，真空表的讀數(shù)應(yīng)為多少？為多少？(蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為85.33KPa，天津地區(qū)的，天津地

16、區(qū)的大氣壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)為101.33KPa。)P蘭州，絕對蘭州，絕對=85.33-82=3.33KPa= P蘭州，絕對蘭州，絕對P天津，絕對天津，絕對= P蘭州，絕對蘭州，絕對P天津，真空度天津，真空度=P天津，大氣壓天津，大氣壓- P天津，絕對天津，絕對 =101.33-3.33=98KPa2022-2-21化工原理 緒論26在垂直方向上作用于液柱的力有：在垂直方向上作用于液柱的力有：下底面所受之向上總壓力為下底面所受之向上總壓力為p2A；上底面所受之向下總壓力為上底面所受之向下總壓力為p1A；1.整個液柱之重力整個液柱之重力GgA(Z1-Z2)。 現(xiàn)從靜止液體中任意劃出一垂直液柱，如圖現(xiàn)從

17、靜止液體中任意劃出一垂直液柱，如圖所示。液柱的橫截面積為所示。液柱的橫截面積為A，液體密度為液體密度為，若以容器器底為基準(zhǔn)水平面，則液柱的上、下底面與基準(zhǔn)，若以容器器底為基準(zhǔn)水平面，則液柱的上、下底面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為水平面的垂直距離分別為Z1和和Z2，以，以p1與與p2分別表示高度為分別表示高度為Z1及及Z2處的處的壓力壓力。 p0p1p2Gz2z11、方程的推導(dǎo)、方程的推導(dǎo)三、流體靜力學(xué)方程式三、流體靜力學(xué)方程式2022-2-21化工原理 緒論27上兩式即為上兩式即為液體靜力學(xué)基本方程式液體靜力學(xué)基本方程式.p2p1g(Z1-Z2) （1-10）p2p0gh 如果將液柱的上底面取

18、在液面上，設(shè)液面上方的壓力為如果將液柱的上底面取在液面上，設(shè)液面上方的壓力為p0，液柱，液柱Z1-Z2h，則上式可改寫為，則上式可改寫為 在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即：p2Ap1AgA(Z1-Z2)0（1-11）2022-2-21化工原理 緒論282、靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律：、靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律： 1）當(dāng)液面上方的壓力一定時(shí)，在靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小，與液）當(dāng)液面上方的壓力一定時(shí)，在靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小，與液體本身的密度和該點(diǎn)距液面的深度有關(guān)。與容器形狀無關(guān)。體本身的密度和該點(diǎn)距液面的深度有關(guān)。與容器形狀無關(guān)。3）當(dāng)液面的上

19、方壓力）當(dāng)液面的上方壓力p0有變化時(shí)，必將引起液體內(nèi)部各點(diǎn)壓力發(fā)生同有變化時(shí)，必將引起液體內(nèi)部各點(diǎn)壓力發(fā)生同樣大小的變化。樣大小的變化。hgpp0p2p0gh可改寫為可改寫為 由上式可知，壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示由上式可知，壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示。 2）因此，在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上）因此，在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)的壓力都相等。此壓力相等的水平面的各點(diǎn)的壓力都相等。此壓力相等的水平面，稱為，稱為等壓面。等壓面。 2022-2-21化工原理 緒論29統(tǒng)稱統(tǒng)稱靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程 J/kg1212ppzgz gPa2112

20、ppg zz20ppghmP0P1P2Z1Z2h2022-2-21化工原理 緒論301、某塔高、某塔高30m,現(xiàn)進(jìn)行水壓試驗(yàn)現(xiàn)進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，離塔底時(shí)，離塔底10m高處的壓強(qiáng)計(jì)讀高處的壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)為數(shù)為500KPa,如圖所示。當(dāng)?shù)卮笕鐖D所示。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為氣壓強(qiáng)為100 KPa.求塔底和塔頂求塔底和塔頂處水的壓強(qiáng)。處水的壓強(qiáng)。例例30m10m1ghpp水底)(12hhgpp水頂解：解：距塔底距塔底10 m高處水的絕對壓強(qiáng)高處水的絕對壓強(qiáng)P= P表表+ P大大=500+100=600 KPa 已知：已知：h1=10m，h2=30 m，則，則P底底=600+10009.811010-3=698KPa

21、=600-10009.81（30-10）10-3=404 KPa2022-2-21化工原理 緒論313、靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用、靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用 （一）（一） 壓力測量壓力測量 測量壓強(qiáng)的儀表很多，現(xiàn)僅介紹以流體靜力學(xué)基本方測量壓強(qiáng)的儀表很多，現(xiàn)僅介紹以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)的測壓儀器程式為依據(jù)的測壓儀器-液柱壓差計(jì)。液柱壓差計(jì)可測液柱壓差計(jì)。液柱壓差計(jì)可測量流體中某點(diǎn)的壓力，亦可測量兩點(diǎn)之間的壓力差。量流體中某點(diǎn)的壓力，亦可測量兩點(diǎn)之間的壓力差。常見的液柱壓差計(jì)有以下幾種：常見的液柱壓差計(jì)有以下幾種：2022-2-21化工原理 緒論32l普通普通 U U 型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)l倒倒

22、 U U 型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)l傾斜傾斜 U U 型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)l微差壓差計(jì)微差壓差計(jì)(a)R0(b)a0(c)R10(d)0102p1p2p1p2p1p2p1p2baRbabab常見常見液柱壓差計(jì)液柱壓差計(jì)2022-2-21化工原理 緒論331. U形管液柱壓差計(jì)形管液柱壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為設(shè)指示液的密度為 被測流體的密度為被測流體的密度為0A與與A面面 為等壓面，即為等壓面，即AApp )(1ARmgpp gRgmpp02A 而而p1p2mRAA2022-2-21化工原理 緒論34所以所以gRgmpRmgp021)( 整理得整理得gRpp)(021若被測流體是氣體，若被測流體是氣

23、體， ，則有則有0 021 Rgppp1p2mRAA2022-2-21化工原理 緒論35討論：討論： U形管壓差計(jì)可測系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將形管壓差計(jì)可測系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一形管一端與被測點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測得流體的端與被測點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測得流體的表壓或真空度。表壓或真空度。p1paR表壓表壓p1paR真空度真空度01Rgp 001RgppP14例例1-5，1-62022-2-21化工原理 緒論36 指示液的選?。褐甘疽旱倪x取： 指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密度要大于被測流體密度。其密度要大于

24、被測流體密度。根據(jù)根據(jù)P一定時(shí)，一定時(shí)，R與與 成反比，成反比，R， 應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 gRpp)(021)(0)(0注意：用注意：用U管壓強(qiáng)計(jì)測壓強(qiáng)時(shí)，所測壓強(qiáng)只有指示劑讀數(shù)、管壓強(qiáng)計(jì)測壓強(qiáng)時(shí)，所測壓強(qiáng)只有指示劑讀數(shù)、流體密度、指示劑密度有關(guān)，與流體密度、指示劑密度有關(guān)，與U管的長短、粗細(xì)和連接方式管的長短、粗細(xì)和連接方式無關(guān)無關(guān)2022-2-21化工原理 緒論37若若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí)讀數(shù)形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí)讀數(shù)R反映了什么？反映了什么？p1p2z2RAAz1思考：思考：2022-2-21化工原

25、理 緒論38 gRpp)(02112021ppgRzz g120ppgRzg或或可見可見R反映的是反映的是勢能差勢能差。只有當(dāng)管子水平時(shí)，才有只有當(dāng)管子水平時(shí)，才有2022-2-21化工原理 緒論392. 倒倒U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) 指示劑為被測流體。指示劑為被測流體。 1200ppRgRg適用范圍：適用范圍：用于測量液體的壓差，指示劑密度用于測量液體的壓差，指示劑密度 0 小于小于被測液體密度被測液體密度 若若 0gRpp212022-2-21化工原理 緒論403. 斜管斜管壓差計(jì)壓差計(jì) 適用于壓差較小的情況。適用于壓差較小的情況。 sinRR 值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)越大。值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)

26、越大。 2022-2-21化工原理 緒論414. 微差壓差計(jì)微差壓差計(jì) 有微壓差有微壓差 p 存在時(shí)，盡管兩擴(kuò)大室液存在時(shí)，盡管兩擴(kuò)大室液面高差很小以致可忽略不計(jì)，但面高差很小以致可忽略不計(jì)，但U型型管內(nèi)卻可得到一個較大的管內(nèi)卻可得到一個較大的 R 讀數(shù)。讀數(shù)。 )(CA21 Rgpp適用于壓差較小的場合適用于壓差較小的場合密度接近但不互溶的兩種指示密度接近但不互溶的兩種指示 液液A和和C ；)(CA 擴(kuò)大室內(nèi)徑與擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 。對一定的壓差對一定的壓差p，R值的大小與所用的指示劑密度有關(guān)，密度值的大小與所用的指示劑密度有關(guān)，密度差越小，差越小，R值就越大

27、，讀數(shù)精度也越高。值就越大，讀數(shù)精度也越高。2022-2-21化工原理 緒論422022-2-21化工原理 緒論43（二）（二） 液位測量液位測量 1.1.近距離液位測量裝置近距離液位測量裝置 壓差計(jì)讀數(shù)壓差計(jì)讀數(shù)R反映出容器反映出容器內(nèi)的液面高度。內(nèi)的液面高度。 Rh 0 液面越高，液面越高，h越小，壓差計(jì)讀數(shù)越小，壓差計(jì)讀數(shù)R越??；當(dāng)液面達(dá)到最越??；當(dāng)液面達(dá)到最高時(shí)，高時(shí)，h為零，為零，R亦為零。亦為零。2022-2-21化工原理 緒論442.2.遠(yuǎn)距離液位測量裝置遠(yuǎn)距離液位測量裝置 BApp管道中充滿氮?dú)?，其密度管道中充滿氮?dú)?，其密度較小，近似認(rèn)為較小，近似認(rèn)為 ghpp aAgRpp0

28、aB Rh 0而而所以所以 ABP17例例1-72022-2-21化工原理 緒論452022-2-21化工原理 緒論46（三）（三） 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算 確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時(shí)，氣體從液封力超過規(guī)定值時(shí)，氣體從液封管排出；管排出； 防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。gph 2. 液封高度：液封高度：1. 液封作用：液封作用：P17例例1-82022-2-21化工原理 緒論472022-2-21化工原理 緒論48 某廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓強(qiáng)不超過某廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓強(qiáng)不超過10.7108Pa（表），需在爐外裝有安全液封（表），需

29、在爐外裝有安全液封裝置，某作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強(qiáng)超過規(guī)定值時(shí)，裝置，某作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強(qiáng)超過規(guī)定值時(shí)，氣體就從液封管氣體就從液封管2中排出，試求此爐的安全液中排出，試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度h。例例:h解：解：以液封管口為基準(zhǔn)水平面以液封管口為基準(zhǔn)水平面 0 0,并取并取a、b兩點(diǎn)，如圖所示。兩點(diǎn)，如圖所示。則則 p a= p b =P所所 以：以： p = p 0+ ghh=p / g=1.09 mp 0Pa bp 0=0（表壓）（表壓）2022-2-21化工原理 緒論49第二節(jié)第二節(jié) 流體動力學(xué)流體動力學(xué) 一、流量與流速一、流量與流速 二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定

30、流動二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 三、穩(wěn)定流動時(shí)的物料衡算三、穩(wěn)定流動時(shí)的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程 四、穩(wěn)定流動時(shí)的能量衡算四、穩(wěn)定流動時(shí)的能量衡算伯努利方程伯努利方程 五、伯努利方程的應(yīng)用五、伯努利方程的應(yīng)用研究流體流動時(shí)研究流體流動時(shí)的基本規(guī)律的基本規(guī)律2022-2-21化工原理 緒論502) 質(zhì)量流量質(zhì)量流量 :單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以為質(zhì)量流量，以qm表示，其單位為表示，其單位為kg/s或者或者 kg/h。1）體積流量）體積流量:單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為體積

31、流量，以體積流量，以qV表示，其單位為表示，其單位為m3/s。 qV, m3/h一、流量與流速一、流量與流速1、流量、流量體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為： qm=qv （1-14）單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體的量，稱為流量，單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體的量，稱為流量，以以V表示，其單位為表示，其單位為m3/s。2022-2-21化工原理 緒論51 實(shí)驗(yàn)證明，流體在管道內(nèi)流動時(shí)，由于流體具有粘性，管實(shí)驗(yàn)證明，流體在管道內(nèi)流動時(shí)，由于流體具有粘性，管道橫截面上流體質(zhì)點(diǎn)速度是沿半徑變化的。管道中心流速最大，道橫截面上流體質(zhì)點(diǎn)速度是沿半徑變化的。管道中心

32、流速最大，愈靠管壁速度愈小，在緊靠管壁處，由于液體質(zhì)點(diǎn)粘附在管壁愈靠管壁速度愈小，在緊靠管壁處，由于液體質(zhì)點(diǎn)粘附在管壁上，其速度等于零。上，其速度等于零。 流速流速：單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動方向上所流經(jīng)的距離。單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動方向上所流經(jīng)的距離。一般是指平均流速。用一般是指平均流速。用u 表示表示 ,單位為單位為m/s 2、流速、流速2022-2-21化工原理 緒論52流速與流量的關(guān)系：流速與流量的關(guān)系： 流量與流速關(guān)系為：流量與流速關(guān)系為： AqAqumvAuqqAuqvvm.式中式中 A 管道的截面積，管道的截面積，m222785. 04ddA圓形管道：圓形管道：2022-2-21

33、化工原理 緒論53單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。它單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。它與流速及流量的關(guān)系為：與流速及流量的關(guān)系為： Gqm/A=Au/A=u （1-17） 由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)，顯然，當(dāng)溫度、壓力發(fā)由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)，顯然，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，氣體的體積流量與其相應(yīng)的流速也將之改變，但其生變化時(shí)，氣體的體積流量與其相應(yīng)的流速也將之改變，但其質(zhì)量流量不變。此時(shí)，采用質(zhì)量流速比較方便。質(zhì)量流量不變。此時(shí)，采用質(zhì)量流速比較方便。 3、質(zhì)量流速、質(zhì)量流速2022-2-21化工原理 緒論544Vqdu 對于圓形管道：對于圓

34、形管道：流量流量qV一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。流速選擇：流速選擇：4. 管徑的估算管徑的估算 d 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 u 流動阻力流動阻力 動力消耗動力消耗 操作費(fèi)操作費(fèi)均衡均衡考慮考慮uu適宜適宜費(fèi)費(fèi)用用總費(fèi)用總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)操作費(fèi)2022-2-21化工原理 緒論55例例1-7 1-7 某廠要求安裝一根輸水量為某廠要求安裝一根輸水量為30m30m3 3/h/h的管道，試的管道，試選擇合適的管徑。選擇合適的管徑。mmm77077.08.10.78530/3600d0.785uvd 解：依式（解：依式（1-181-18）管內(nèi)徑為）管內(nèi)徑為 選取水在管內(nèi)的流速選取水在管內(nèi)的流速

35、u u1.8m/s (1.8m/s (自來水自來水1-1.5, 1-1.5, 水水及低粘度液體及低粘度液體1.5-3.0 )1.5-3.0 )2022-2-21化工原理 緒論56思考思考?在流量一定的情況下在流量一定的情況下,管徑管徑是否越小越好是否越小越好?2022-2-21化工原理 緒論57 二、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動二、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動穩(wěn)態(tài)流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量穩(wěn)態(tài)流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時(shí)間變化；僅隨位置變化，而不隨時(shí)間變化； 不不穩(wěn)穩(wěn)態(tài)流動：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位態(tài)流動：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間

36、變化。置變化，也隨時(shí)間變化。穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動2022-2-21化工原理 緒論58說明說明： 穩(wěn)定流動中，流速、壓強(qiáng)等有關(guān)物理參數(shù)只隨空間穩(wěn)定流動中，流速、壓強(qiáng)等有關(guān)物理參數(shù)只隨空間位置而變，而與時(shí)間無關(guān)。而不穩(wěn)定流動中，流速、位置而變，而與時(shí)間無關(guān)。而不穩(wěn)定流動中，流速、壓強(qiáng)等物理參數(shù)除與空間位置有關(guān)外，還與時(shí)間有關(guān)。壓強(qiáng)等物理參數(shù)除與空間位置有關(guān)外，還與時(shí)間有關(guān)。 在正常情況下，連續(xù)生產(chǎn)過程中的流體流動多屬于在正常情況下，連續(xù)生產(chǎn)過程中的流體流動多屬于穩(wěn)定流動。穩(wěn)定流動。 本著重討論穩(wěn)定流動問題。本著重討論穩(wěn)定流動問題。2022-2-21化工原理 緒論59三、連續(xù)性方程式

37、三、連續(xù)性方程式 如圖所示：如圖所示： 對于穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)，對于穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情在管路中流體沒有增加和漏失的情況下：況下： 輸入物料量輸入物料量=輸出物料量輸出物料量21mmqq 222111AuAu 推廣至任意截面推廣至任意截面 常常數(shù)數(shù) uAAuAuqm 222111連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式11 2 21 1、流體連續(xù)性的假設(shè)：、流體連續(xù)性的假設(shè)：1)1)連續(xù)不間斷連續(xù)不間斷;1);1)充滿整個管道充滿整個管道 2、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算-連續(xù)性方程連續(xù)性方程2022-2-21化工原理 緒論60常常數(shù)數(shù) uAAuAuqV22111 1、如果

38、流體液體，、如果流體液體，212 2、如果是圓形管道、如果是圓形管道 ：2121221 ddAAuu 結(jié)論二：流速與管內(nèi)徑的平方成反比結(jié)論二：流速與管內(nèi)徑的平方成反比 。討論：討論：結(jié)論一：流速與管道截面積成反比結(jié)論一：流速與管道截面積成反比注意：流速的變化規(guī)律與管路情況無關(guān)注意：流速的變化規(guī)律與管路情況無關(guān)2022-2-21化工原理 緒論61四、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量衡算四、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量衡算-伯努利方程式伯努利方程式（一）流體在流動過程中的能量分析（一）流體在流動過程中的能量分析1、本身、本身具 有 的具 有 的機(jī)械能機(jī)械能能能量量2、從外界、從外界獲得的能量獲得的能量3 、 流 動 過、

39、 流 動 過程中損失的程中損失的能量能量mpmumgz靜壓能動能位能22pugz靜壓能動能位能22以每以每Kg為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)外加功：每外加功：每kg流體從外界流體從外界獲得的能量用獲得的能量用We表示表示能量損失：每能量損失：每kg流體在流動流體在流動過程中損失的能量用過程中損失的能量用hf表示表示2022-2-21化工原理 緒論62220 011z2z111, pu22, puZ1、Z2:分別表示分別表示1-1和和2-2截面截面 與基準(zhǔn)面的垂直距離與基準(zhǔn)面的垂直距離u1、u2 :分別表示流體在分別表示流體在1-1和和2-2截面處的流速截面處的流速P1、P2 :分別表示流體在分別表示流體在1-1

40、和和2-2截面處的壓強(qiáng)截面處的壓強(qiáng)2022-2-21化工原理 緒論63衡算基準(zhǔn)1-1截面2-2截面位能位能動能動能靜壓能靜壓能位能位能動能動能靜壓靜壓能能外加外加功功能量能量損失損失1kg(J/kg)1N(m)各種能量的表達(dá)式：各種能量的表達(dá)式：gz1gz2221u222u1p2pfhw1z2zgu221gu222gp1gp2HfH輸入系統(tǒng)輸入系統(tǒng)的能量的能量能量損失能量損失輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)的能量的能量能量衡算式：能量衡算式：=+2022-2-21化工原理 緒論64（二）穩(wěn)定系統(tǒng)中的能量衡算（二）穩(wěn)定系統(tǒng)中的能量衡算輸入能量輸入能量=輸出能量輸出能量+能量損失能量損失以每以每kg為為基準(zhǔn)基準(zhǔn)單

41、 位單 位J/kg（1）zg單位質(zhì)量流體所具有的位能，單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；p單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg ；221u單位質(zhì)量流體所具有的動能，單位質(zhì)量流體所具有的動能，J/kg。各項(xiàng)意義：各項(xiàng)意義：2022-2-21化工原理 緒論65將將(1)(1)式各項(xiàng)同除重力加速度式各項(xiàng)同除重力加速度g :式中各項(xiàng)單位為式中各項(xiàng)單位為mNJN/kgJ/kg z 位壓頭位壓頭gu22動壓頭動壓頭gp 靜壓頭靜壓頭總壓頭總壓頭壓頭：單位重量流體所具有的能量。單位是壓頭：單位重量流體所具有的能量。單位是m2022-2-21化工原理 緒論662212112211

42、22fppzuHzuHgggg WHg ffhHg 其中其中He外加壓頭或有效壓頭，外加壓頭或有效壓頭，m;hf壓頭損失，壓頭損失，m。以每以每N重流體為重流體為衡算基準(zhǔn)衡算基準(zhǔn)以每以每kg重流重流體為衡算基準(zhǔn)體為衡算基準(zhǔn)2022-2-21化工原理 緒論67（三）伯努利方程的討論（三）伯努利方程的討論 1、如沒有能量損失（稱理想流體）且沒有外加功則：、如沒有能量損失（稱理想流體）且沒有外加功則：2222222111upgZupgZ表明理想流體的機(jī)械能守恒，流體流動的過程各種能量表明理想流體的機(jī)械能守恒，流體流動的過程各種能量可以相互轉(zhuǎn)化，流體流動的過程也就是能量轉(zhuǎn)化的過程?？梢韵嗷マD(zhuǎn)化，流體流

43、動的過程也就是能量轉(zhuǎn)化的過程。常數(shù)22upgz2022-2-21化工原理 緒論68思考思考1122 11 2 2 如圖所示問流動過程中動能、如圖所示問流動過程中動能、位能、靜壓能如何變化？位能、靜壓能如何變化？動能：變小動能：變小 位能：不變位能：不變 靜壓能：靜壓能增大靜壓能：靜壓能增大動能：不變動能：不變 位能：減小位能：減小 靜壓能：靜壓能增大靜壓能：靜壓能增大2022-2-21化工原理 緒論692、實(shí)際流體，如果沒有外加能量，其自發(fā)流動的方向只、實(shí)際流體，如果沒有外加能量，其自發(fā)流動的方向只能從能從高能量處高能量處向向低能量處低能量處流動，反之必須輸入外加能量流動，反之必須輸入外加能量

44、泵的有效功率泵的有效功率NeNe ：軸功率軸功率 ：eNN軸vmqgHeqWeNe泵的效率2022-2-21化工原理 緒論703 3、若流體處于靜止，、若流體處于靜止，u=0，hf=0，W=0，則柏努，則柏努利方程變?yōu)槔匠套優(yōu)?說明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動規(guī)律，也表說明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。 2211pgzpgz 2022-2-21化工原理 緒論714、伯努利方程式伯努利方程式適用于不可壓縮性流體。適用于不可壓縮性流體。 對于可壓縮性流體，當(dāng)對于可壓縮性流體，當(dāng) 時(shí)，仍可時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度用該方程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)

45、以兩截面的平均應(yīng)以兩截面的平均密度密度m代替。代替。%20121 ppp221211221122fppz guWz guh 2022-2-21化工原理 緒論72五、伯努利方程的應(yīng)用五、伯努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)流體的流量；管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率；輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力；管路中流體的壓力； 容器間的相對位置等。容器間的相對位置等。利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：2022-2-21化工原理 緒論73（1 1）根據(jù)題意根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，畫出流動系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動方向，標(biāo)明流體的流動方向，定出上、下游截面，明確流動系統(tǒng)

46、的衡算范圍定出上、下游截面，明確流動系統(tǒng)的衡算范圍 ；1、應(yīng)用注意事項(xiàng)、應(yīng)用注意事項(xiàng)（2 2）選取截面）選取截面目的是目的是確定衡算范圍確定衡算范圍 原則：原則：1 1、與流體的流動方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)、與流體的流動方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動；是定態(tài)連續(xù)流動； 2 2、一律以上游為、一律以上游為1-11-1截面，下游為截面，下游為2-22-2截面；截面； 3 3、截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。、截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 2022-2-21化工原理 緒論74（4 4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即

47、同為絕壓或同為表壓。即同為絕壓或同為表壓。 （3 3）選取基準(zhǔn)面）選取基準(zhǔn)面確定確定Z Z值值1 1、必須與地面平行；、必須與地面平行； 2 2、宜于選取兩截面中位置較低的截面；、宜于選取兩截面中位置較低的截面； 3 3、若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過、若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。管中心線的水平面。 2022-2-21化工原理 緒論752、伯努利方程式在生產(chǎn)中的應(yīng)用、伯努利方程式在生產(chǎn)中的應(yīng)用1)確定容器間的相對位置確定容器間的相對位置2）計(jì)算流量、流速）計(jì)算流量、流速3）求泵的有效功率）求泵的有效功率4）計(jì)算用壓縮氣體壓送液體時(shí)氣體的壓

48、強(qiáng)）計(jì)算用壓縮氣體壓送液體時(shí)氣體的壓強(qiáng)2022-2-21化工原理 緒論761、如圖所示，水槽液面至出水管口的、如圖所示，水槽液面至出水管口的垂直距離保持垂直距離保持6.2m，水管為，水管為1144mm的鋼管，能量損失為的鋼管，能量損失為58.8J/kg。求水的體積流量。求水的體積流量。例例解解:取取 為為1-2截面截面取取 為為2-2截面截面取取 為基準(zhǔn)水為基準(zhǔn)水平面平面在在1-1和和2-2截面間列式截面間列式:1 12 26.2m水管出口處水管出口處 水槽液面水槽液面水管出口中心線所水管出口中心線所 在的水平面在的水平面2022-2-21化工原理 緒論77 式中：式中：Z1=6.2m ， Z

49、2=0 ； u1=0 ； P1=P2=0(表壓表壓) ； hf=58.8J/kg 代入上式：代入上式： 解得解得u2=2.01m/s qv= u2A2=2.01 =0.0177 m3/s =63.9 m3/h8 .58281. 92 . 622u2106. 042022-2-21化工原理 緒論782、有一個二氧化碳水洗塔的供水系統(tǒng)（如圖所示），水洗、有一個二氧化碳水洗塔的供水系統(tǒng)（如圖所示），水洗塔內(nèi)絕對壓強(qiáng)為塔內(nèi)絕對壓強(qiáng)為2100KPa，貯槽水面絕對壓強(qiáng)為，貯槽水面絕對壓強(qiáng)為300kPa，塔內(nèi)水管與噴頭連接處高于貯槽水面塔內(nèi)水管與噴頭連接處高于貯槽水面20m，管路為，管路為572.5mm鋼管

50、，送水量為鋼管，送水量為15m3/h，塔內(nèi)水管與噴頭連接，塔內(nèi)水管與噴頭連接處的絕對壓強(qiáng)為處的絕對壓強(qiáng)為2250KPa，設(shè)能量損失為，設(shè)能量損失為49J/Kg，求水泵，求水泵的有效功率。的有效功率。圖二解：取水槽水面為解：取水槽水面為1-1截面，截面，取塔內(nèi)水管與噴頭連接處為取塔內(nèi)水管與噴頭連接處為2-2截面，截面，基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)面與1-1截面重合，截面重合，2022-2-21化工原理 緒論79式中：式中：z z1 1=0=0，z z2 2=20m=20m；P P1 1=300KPa=3=300KPa=310105 5PaPa，P P2 2=2250KPa=2.25=2250KPa=2.2510

51、106 6PaPa，=1000kg/m=1000kg/m3 3；u u1 1=0, u=0, u2 2= = m/s hf=49J/Kg 將以上數(shù)值代入伯努利方程式中：將以上數(shù)值代入伯努利方程式中：fehPugzWPugz2222121122在在1-11-1，和和2-22-2，截面間列伯努利方程式：截面間列伯努利方程式：97. 1052. 04360015422dqv49297. 110001025. 281. 9201000103265eW2022-2-21化工原理 緒論80解得：解得：We=2197J/KgNe=Weqm=We qv = 2197 3600151000= 9154W = 9

52、.15 KW2022-2-21化工原理 緒論81 第三節(jié)第三節(jié) 流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力221211221122fppzuHzuHgggg 1、阻力的表示法：、阻力的表示法：(1) :單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).fh(2) :單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).fH(3) :單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失(J/m3=Pa).fp一、一、流體阻力的來源流體阻力的來源pgppguuzzHf212221212)(2022-2-21化工原理 緒論82注意：注意：壓力損失壓力損失 是流體流動能量損

53、失的一種表是流體流動能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差示形式，與兩截面間的壓力差 意義不同，意義不同，只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時(shí)，二只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時(shí)，二者才相等者才相等 。fp)(21ppp2022-2-21化工原理 緒論832、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第一步：關(guān)閉閥門第一步：關(guān)閉閥門現(xiàn)象：現(xiàn)象：h=h1=h21 2 ghp根據(jù)：根據(jù)：h1=h2 P1=P2根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(結(jié)論一：靜止流體沒有阻力結(jié)論一：靜止流體沒有阻力=02022-2-21化工原

54、理 緒論842、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第二步：打開閥門第二步：打開閥門現(xiàn)象：現(xiàn)象：hh1h21 2 ghp根據(jù)：根據(jù)：h1h2 P1P2根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(結(jié)論二：只要流動就有阻力結(jié)論二：只要流動就有阻力02022-2-21化工原理 緒論852、 流體阻力的表現(xiàn)流體阻力的表現(xiàn) 如圖所示實(shí)驗(yàn)如圖所示實(shí)驗(yàn)hh1h2第三步：開大閥門，流速增大第三步：開大閥門，流速增大1 2 現(xiàn)象：現(xiàn)象：h1-h2 根據(jù)伯努利方程式根據(jù)伯努利方程式pgppHf21結(jié)論三：流速越大，阻力越大結(jié)論三：流速越大，阻力越大 流

55、體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時(shí)，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。水平安裝時(shí)，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。 說明說明 P1-P22022-2-21化工原理 緒論863、 流體阻力的來源流體阻力的來源 液體對固體壁液體對固體壁面有附著力面有附著力液體之間有吸液體之間有吸引力引力液 體 分液 體 分層運(yùn)動層運(yùn)動層 與 層 之層 與 層 之間 的 作 用間 的 作 用力 稱 內(nèi) 摩力 稱 內(nèi) 摩擦力擦力1）內(nèi)摩擦力：）內(nèi)摩擦力：2）產(chǎn)生阻力的原因？）產(chǎn)生阻力的原因？1、內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生阻力的根本原因。也稱第一位原因（內(nèi)因）、內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生阻力的

56、根本原因。也稱第一位原因（內(nèi)因）2、流動狀態(tài)是產(chǎn)生流動阻力的第二位原因。、流動狀態(tài)是產(chǎn)生流動阻力的第二位原因。3、管路情況對阻力大小也有影響、管路情況對阻力大小也有影響.(外因外因)2022-2-21化工原理 緒論87二、流體的粘度二、流體的粘度 （動力粘度）（動力粘度） 1.1.粘性：流體具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱粘性粘性：流體具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱粘性. . 2 2、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符號、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符號 表示。表示。 越大，表明流體的流動性越差，在相同的流動越大，表明流體的流動性越差，在相同的流動情況下，流動阻力越大情況下，流動阻力越大3. 3. 粘度的單位粘度的

57、單位SISI制：制：Pas Pas 或或 kg/(mkg/(ms)s)物理制：物理制：cP(cP(厘泊）厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系1cP1cP1010-3-3 Pas Pas2022-2-21化工原理 緒論884.4.運(yùn)動粘度運(yùn)動粘度 粘度粘度與密度與密度之比。之比。 m2/s5、影響粘度的因素：溫度和壓強(qiáng)、影響粘度的因素：溫度和壓強(qiáng)(極小極小,一般可忽略一般可忽略)液體液體 :)(Tf T 氣體氣體 : 一般一般)(Tf T 超高壓超高壓),(Tpf p 2022-2-21化工原理 緒論89三、流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)三、流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù) 1、流體、流體 的流動類型（兩種）的流動類型（兩種）

58、雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)2022-2-21化工原理 緒論90A圖：流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直圖：流速小時(shí)，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明，水的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向線。表明，水的質(zhì)點(diǎn)在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。作直線運(yùn)動，各層之間沒有質(zhì)點(diǎn)的遷移。B圖：當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有圖：當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，有色細(xì)流便出現(xiàn)波動而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波色細(xì)流便出現(xiàn)波動而成波浪形細(xì)線，并且不規(guī)則地波動；動； C圖：速度再增，細(xì)線的波動加劇，整個玻璃管中的水圖：速度再增，細(xì)線的波動加劇，整個玻璃管中

59、的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動狀況已發(fā)生了呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時(shí)流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。顯著地變化。 2022-2-21化工原理 緒論91 層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流（或紊流）湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動外，：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。影響流

60、型的因素：影響流型的因素：管徑（管徑（d) m流速（流速（u) m/s密度密度粘度粘度3/)(mkgspa.)(越大越勢于湍流越大越勢于湍流越小越勢于湍流越小越勢于湍流 udRe 2022-2-21化工原理 緒論922、雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) 單位為單位為1的數(shù)群稱準(zhǔn)數(shù)的數(shù)群稱準(zhǔn)數(shù) 這數(shù)群稱為這數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)用用ReRe表示。表示。 udRe 3、流型判據(jù)：、流型判據(jù)：Re2000時(shí)，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；時(shí)，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時(shí)，流動可能是層流，也