化工原理第一章 流體流動(dòng)化本

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能的作用使以勢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：由無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)，只研連續(xù)性：由無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)

2、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)生相對運(yùn)動(dòng)，在外力作用下發(fā)生相對運(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測量壓強(qiáng)、流速、測量壓強(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)過程都是化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程都是在流體流動(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

3、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。 這些測量儀表的操作原理又多以流這些測量儀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：Vm單位：單位：42333mskgf0.102g/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

4、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：化學(xué)工程手冊查手冊：化學(xué)工程手冊(2)實(shí)測：比重瓶、比重計(jì)、密度儀（液體）實(shí)測：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.測試范圍測試范圍 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 0.2-10000mPa.s 0.2-10000mPa.s 密度密度 0.65-2g/cm3 0.65-2g/cm3 溫度：溫度：40401001

5、00C C 2.2.再現(xiàn)性：再現(xiàn)性： 粘度：測量結(jié)果的粘度：測量結(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.樣品測量速度樣品測量速度: 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 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程：RTMmnRTpVRTpMVm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)k

6、mol(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KTkmolkgMkPap-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 .1013000 0004 .22RTMpMVm （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）RTpMVm TTpp000 TTppM004 .229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)ixw niiinnmxxxx1ww22w11w1 組分的質(zhì)量分率。組分的質(zhì)量分率。iixw niiinnmxxxx1VV2V21V1)( 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流

7、體流動(dòng) 組分的體積分率。組分的體積分率。iixV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 ixV102. 靜壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積上的靜壓力靜壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積上的靜壓力APp (1)(1)單位：單位：SISI制：制： 習(xí)慣使用單位：習(xí)慣使用單位：OmH33.10at033. 1kgf/cm033. 1bar013. 1Pa10013. 1mmHg760atm1225 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)

8、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)mN2/mmHg6 .735Pa10807. 9OmH10kgf/cm1at1422 11(2) (2) 計(jì)量基準(zhǔn)：計(jì)量基準(zhǔn)：絕對真空絕對真空( (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)基本方程流體靜力學(xué)基本方程絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)大氣壓大氣壓相對壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)絕對壓強(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)絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)app 壓強(qiáng)表壓強(qiáng)表app 真空表真空表表示方法：表示方法：)kPa( 1023表表壓壓 )Pa( 1043真真空空度度 真空度真空度= -表壓表壓12化

9、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)系大氣壓線大氣壓線絕對零壓線絕對零壓線A大氣壓大氣壓表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) 真空度真空度B13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)維持相同的絕對壓強(qiáng)若要求塔內(nèi)維持相同的絕對壓強(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

10、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:海平面處測得的密封容器內(nèi)表壓為海平面處測得的密封容器內(nèi)表壓為5Pa,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, ,其測出的表壓強(qiáng)和真空度會(huì)變化嗎？其測出的表壓強(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 640mm

11、Hg解：21mmHg21mmHg619mmHg15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

12、流動(dòng)1) 重力重力G:)( 2112ZZgpp 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)過程推導(dǎo)過程: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(A2112gPP )( g/2112ZZAPAP 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

13、動(dòng)流體流動(dòng) pph)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 1)一定時(shí)一定時(shí)hgpp0 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)基本方程例題例題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，分段使用例題例題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

14、否成立？是否成立？答：答：AApp (1)(1)BBpp (2)(2)CCpp (3)(3)AAppBBppCCpp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)基本方程返回返回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 2AApp 解：解：AApp、CCpp BCOHBCghpp2 )(2同同種種液液體體CAOHACghpp ABOHAABAghpghp2 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

15、：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)基本方程流體靜力學(xué)基本方程BCOHgh2 BCOHABOHAghghp22 ABAghp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)aa1. 壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測量：壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測量：(1) (1) 普通普通U U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)aapp )(1RmgpB ( ( 等壓面等壓面) )gZgRppBBA)(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(A2gmgpB sin)(gLgRppBBA21即即

16、：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): :gRppBA)(21當(dāng)管道垂直時(shí)：當(dāng)管道垂直時(shí)：gLgRppBBA)(21gLgRppBBA)(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 2 222 分析：分析：1)1)2) 2) 被測流體為氣體，被測流體為氣體，3) 3) 測表壓及真空度測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)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

17、gRppBA)(21 跟跟U型管的直徑無關(guān)型管的直徑無關(guān); gRA21 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RppRpp11跟連接管長度無關(guān)跟連接管長度無關(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。為測常溫水在管道流過。為測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 b兩點(diǎn)壓力差為若干？兩點(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1000

18、kg/m1000kg/m3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。解：解：( 和和 等壓面等壓面) )1111pp gxppOHa21 2222pp 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gRppHg 21)(22xRgppOHb (Pa)1024. 11 . 081. 9)100013600(42 gRgRppOHHgba 方方法法一一2511pp gxppOHa21 22pp 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gxOH2 gxgROHHg2 Pa1024. 1

19、1 . 081. 9)100013600(42 gRgRppOHHgba gxpOH21 gRpHg 2)(2xRgpOHb 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): :A A空氣空氣,B,B被測液被測液; ;計(jì)算計(jì)算: :)(1mRgppBa gmppBa 2gRppB 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(2).(2).測小壓差差壓計(jì)：測小壓差差壓計(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

20、 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例: :常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過1-11-1 和和2-22-2 截面的壓差為截面的壓差為2.472kPa,2.472kPa,問采用普通問采用普通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)測量管壓差計(jì)測量, ,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/m1000kg/m3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。解：解：m020. 081. 9)100013600(10472. 2)(3212 gppROHHg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)

21、 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. 081. 9100010472. 23212 gppROH282) 2) 微差壓差計(jì)：微差壓差計(jì)：計(jì)算計(jì)算: :測量測量: :擴(kuò)張室液位均不變擴(kuò)張室液位均不變gRppCA)(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，不是指示液與被測流體是兩種指示液的密度差，不是指示液與被測流體的密度差。適于更小壓差的密度差。適于更小壓差(

22、 (氣流氣流) )的測量；的測量；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Zmaa29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bapp )()(212RRgOHHg (3)(3)測大壓差差壓計(jì)：測大壓差差壓計(jì)：P10:P10:例例1-41-4302.2.液位的測量：液位的測量：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=h2)壓差法測量液位壓差法測量液位第一節(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

23、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)距離液位測量。遠(yuǎn)距離液位測量。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：bapp gRppHgb 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( (通過通過吹氣管吹氣管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/m1

24、25Okg/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 0m09. 112501 . 013600 RhHg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-hamaxpp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

25、泄漏防泄漏gp-pha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)過程中流體的輸送都是在密閉的管生產(chǎn)過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。無論是在化工廠、制藥廠、生是非常必要的。無論是在化工廠、制藥廠、生物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見。要實(shí)現(xiàn)流體的物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見。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

26、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 VWss 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 uAVs 1)1)平均流速平均流速2)2)質(zhì)量流速質(zhì)量流速uAWs 截截面面積積質(zhì)質(zhì)量量流流量量 G AGAuVWss 體積流量體積流量質(zhì)量流量質(zhì)量流量/sm ,3sVkg/s ,sW單位時(shí)間內(nèi)流體流過的距離單位時(shí)間內(nèi)流體流過的距離化工原

27、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)，m/sm/s，kg/s.mkg/s.m2 239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)返回返回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: :以內(nèi)徑以內(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：sm54.14105.

28、 0126. 042 由由PVTPVT方程方程: :uG sm126. 021273)120273(3600630 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(273124 .22292 ppTTVVs000 24isdVu uTTppM 004 .2241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 muVdsi,4)( 計(jì)計(jì)4.4.流速的選擇：流速的

29、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。dVsud24 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，試選擇進(jìn)料管徑。，試選擇進(jìn)料管徑。解：解：uVdsi 4 /sm0145. 09603600500003

30、 m 0.101 8 . 114. 30145. 04 id查附錄查附錄19,19,選用選用 1O81O8 4mm4mm的無縫鋼管的無縫鋼管, ,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 id核算流速核算流速, 即：即：m/s85. 11 . 014. 30145. 042 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) ssWV 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)0u )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、

31、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)對于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：對于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)： 1 1 u uA1A1uuB1B1 2 2 u uA2A2uu

32、B2B2 3 3 u uA3A3uuuA2A2uuA3A3，u uB1B1uuB2B2uuB3B3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 對于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量對于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量= =輸出量輸出量 constWWss 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)constAuAu 222111 s1W222111 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

33、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2121221ddAAuu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)s2W 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(410422322 AVusm/s 15. 8)105 . 2(410422311 AVus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8

34、L/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. 23 u（2 2）流量增為原來的流量增為原來的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，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20

35、0mm200mm，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 5PaPa（表（表壓），溫度為壓），溫度為8080，已測得吸入管內(nèi)氣體平均，已測得吸入管內(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） 3541m/kg12. 110013. 11073. 9302732734 .2229 s .m/kg

36、4 .222012. 1u G2111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)35552m/kg81. 610013. 110886. 510013. 1802732734 .2229 s .m/kg14008. 02 . 04 .22ddG G222222112m/s6 .2081. 6/140/G u222 s/kg704. 042 . 04 .22AGw211s 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

37、，.（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。他是先后獲得過哲學(xué)碩士學(xué)位、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，還有天文測量、引力、行星的不規(guī)則量、引力、行星的不規(guī)則. 柏努利開辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，區(qū)分了流體靜力學(xué)與柏努利開辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，

38、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)表了十年寒窗寫成的年，他發(fā)表了十年寒窗寫成的流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)一書。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫流體運(yùn)動(dòng)的基本概念，一書。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫流體運(yùn)動(dòng)的基本概念，引人了引人了“勢函數(shù)勢函數(shù)”“”“勢能勢能”（“位勢提高位勢提高”）來代替單純用）來代替單純用“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解釋氣體

39、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 112

40、22100Z1Z252 內(nèi)能內(nèi)能 U: J/kgU: J/kg； 位能位能: : 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)過程中所具有的能量流體在流動(dòng)過程中所具有的能量(對于對于1kg流體流體):m kg： 位能位能 = mgZ， Jm 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 靜壓能靜壓能 pmpV mV1 kg： 位能位能 = gZ， J/kg1 kg： 動(dòng)能動(dòng)能 = u2/2 ， J/kg1 kg- m3 ：靜壓能：靜壓能 ,J/kg5

41、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) 在右圖所示的管道上開孔，裝在右圖所示的管道上開孔，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 ，流體要流過該，流體要流過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)中流體靜壓能的測定流動(dòng)系統(tǒng)中流體靜壓能的測定hLnnpAP 設(shè)設(shè) 1kg 流體被壓過流體被壓過

42、n 截面所經(jīng)過的距離為截面所經(jīng)過的距離為 L（ L=v/A，v為流體為流體的比容的比容 ），則對這），則對這 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)境對流體提供的能量外部環(huán)境對流體提供的能量(對于對于1kg流體流體): 外功外功( )( )凈功或凈功或有效功有效功，J/kgJ/kg；eW熱量熱量( )( )獲得的熱量獲得的熱量，J/kgJ/

43、kg；eQeeQWpugzU 1211121 2222221pugzU seeWWN peNN / 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 21vvpdv 式中式中 因流阻而損失的能量，因流阻而損失的能量，J/kgJ/kg fh2121vvfvv12pdv-pdv- -hQ

44、QUUUe5722222211211122vpugZUQWvpugZUeeeeQWpvuZgU)(22v2v112pdv- -QUUUfhQQev2v1fpdv-hQUep2p1v2v121vdppdv)d(pv)(pvp2p1fvdp)(hQpvUefp2p12vdp2hWuZge58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)fehpugZWpugZ2222121122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) pugz 221E不可壓縮流體：不可壓縮流體： 比容比容或密度或密度為常

45、數(shù)為常數(shù)pp2p1vdp59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：0fh0eWpugZpugZ22221211223. 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)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：0fh0eWpugZpugZ222212112221EE 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

46、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。 21gZgZ pupu2221212222 2221uu 21pp 即部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能即部分靜壓能轉(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)pugZpugZ222212112262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：21ZZ 因此，部分

47、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)21pp 22222211ugzugz pugZpugZ222212112221uu 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）21EE fhpugZpugZ222212112221ZZ 21uu 0 fh21pp 0 fh0eW，若無外功加入，即，若無外功加入，即 ，則，則 f1hEE2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)

48、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)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 無外功：無外功： fhEE2121EE 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 165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通過泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量

49、通過泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量W We e。抽送液體，即降低抽送液體，即降低p266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), ,021 uu0fh0eWpgZpgZ2211 ( (靜力學(xué)方程）靜力學(xué)方程）(5)(5)對于可壓縮流體：對于可壓縮流體：%20)(121 ppp2)(21m 若若 , ,則則能量表達(dá)方式能量表達(dá)方式 )-(-2112zzgpp 壓強(qiáng)表達(dá)方式壓強(qiáng)表達(dá)方式 若若(6) gz， ， P，22u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為流體在兩截面間獲得或損失

50、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)ghgpguZgWgpguZfe 2222121122位壓頭；位壓頭；Z動(dòng)動(dòng)壓壓頭頭；gu22靜靜壓壓頭頭；gp外外加加壓壓頭頭；gWHee 壓壓頭頭損損失失ghHff mNmNNJ 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))(eeWp 損損失失。力力降降或或壓壓強(qiáng)強(qiáng)力力壓壓強(qiáng)

51、強(qiáng))()(ffhpfehpugZWpugZ2222121122流流體體即即kgPamNmmNmJ233 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、柏努利方程式的應(yīng)用fehpugZWpugZ2222121122 測定管道中流體的流量（流速）測定管道中流體的流量（流速） 確定設(shè)備之間的相對位置確定設(shè)備之間的相對位置 確定輸送設(shè)備的有效功率確定輸送設(shè)備的

52、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(

53、2) (2) 基準(zhǔn)水平面選取基準(zhǔn)水平面選取 與地面平行與地面平行 注意對應(yīng)注意對應(yīng)fh 連續(xù)流體連續(xù)流體 Z Z值為垂直距離值為垂直距離 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： 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) u u平均流速平均流速pugZpugZ2222121122 Z,P Z,P以管中心線為基準(zhǔn)以管中心線為基準(zhǔn) 注意計(jì)算單位注

54、意計(jì)算單位(1kg,1m(1kg,1m3 3,1N),1N) 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

55、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： 1-11-1，3-33-3，4-44-45-55-5，2-22-2，6-66-674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： fehpugZWpugZ2222121122其中其中),Pa(266661013307602002表壓表壓 p)(0, 0,0111表壓表壓 puZm,152 Z3/1200mkg kgJhf/120 m/s97. 1100060436002022 AVuskgJWe/9 .246 skgVWss/67. 63600)120020( W1647 seeWW

56、N75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)水管管徑水管管徑 6868 4mm,4.0m4mm,4.0m3 3/h, /h, 全部能損為全部能損為2OJ/kg(2OJ/kg(不含出口不含出口) )。求液面距管出口的垂直距離。求液面距管出口的垂直距離。分析：分析： 上游截面：上游截面：1-11-1 下游截面：選擇管道出口的內(nèi)側(cè)為下游截面：選擇管道出口的內(nèi)側(cè)為2-22-2截面截面 11 22 基準(zhǔn)水平面：出口管軸線所在水平面基準(zhǔn)水平面：出口管軸線所在水平面 76解：柏努利方程解：柏努利方程: :其中其

57、中s /m382. 1032. 0414. 336000 . 4d43600Vu22h2202382. 1Z81. 921Z1=2.14m d=0.068-20.004=0.032m fehpugZWpugZ2222121122)(0, )(0,0212表壓表壓ppZkg/J20hf0u10eW1122化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)77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p。某車間用壓縮空氣。某車間用壓縮空氣壓送稀硫酸壓送稀硫酸(密度密度1240kg/m3)，流量為流量為2m3/h，37373.5mm3.5mm

58、的的無縫鋼管，總能量損失為無縫鋼管，總能量損失為10J/kg(10J/kg(不包括出口損失不包括出口損失) )，貯，貯槽液位恒定，輸送管路出口高槽液位恒定，輸送管路出口高于貯槽內(nèi)液面于貯槽內(nèi)液面10M10M，求所需壓，求所需壓縮空氣的壓力?？s空氣的壓力。78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)smu/786. 003. 043600/222 fhugZp22221 kgJ /4 .108102786. 01081. 92 Pap511034. 112404 .108 (表壓表壓)解：取貯槽液面為解：取貯槽液面為1-1截面，管路出口內(nèi)側(cè)為截

59、面，管路出口內(nèi)側(cè)為2-2， 在在1-1和和2-2兩截面之間列柏努利方程兩截面之間列柏努利方程 fhpugzpugz 222212112121mZZ10, 021 0u1 0p2 (表壓表壓)79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 0真實(shí)流體 0靜止流體 0 fh小小 結(jié)結(jié)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)（與時(shí)間的關(guān)系）物料衡算連續(xù)性方程（Ws=常數(shù)）能量衡算伯努利方程輸入的能量=輸出的能量形式：能量：機(jī)械能E、外功we和能量損失 fh應(yīng)用：u Ws Z, We, P流量、流速、管徑估算流體在管內(nèi)流動(dòng) fehEWE21 fehWpuZg 22化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)

60、80第三節(jié)第三節(jié) 流體在管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象流體在管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)* * 本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要 簡要分析在微觀尺度上流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動(dòng)阻簡要分析在微觀尺度上流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動(dòng)阻力的計(jì)算奠定理論基礎(chǔ)。以滯流和湍流兩種基本流型的本質(zhì)力的計(jì)算奠定理論基礎(chǔ)。以滯流和湍流兩種基本流型的本質(zhì)區(qū)別為主線展開討論。區(qū)別為主線展開討論。 * * 本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn) （1 1） 牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理 意義及不同單位之間的換算。意義及不同單位之間的換算。 （2 2） 兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；兩種流型