食品工程原理-流體流動(dòng)1.2教學(xué)內(nèi)容

1、聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系食品工程原理-流體流動(dòng)1.2聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系一、不可壓縮流體的能量衡算聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系（1）位能：）位能：質(zhì)量為m的流體距基準(zhǔn)水平面高度為z時(shí)的位能為mgz。單位為J。一、不可壓縮流體的能量衡算（2）動(dòng)能：）動(dòng)能：質(zhì)量為m，流速為u的流體所具有的動(dòng)能為 。 單位為J。221mu聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系(3)靜壓能靜壓能 (壓強(qiáng)能壓強(qiáng)能)： 將流體壓入流體某截面對(duì)抗前方流體的壓力所做的功。靜壓能單位：=.=.=32JmNmmNpV質(zhì)量為m，體積為V，壓力為p的流體截面處的力F=

2、p.A流體前行的距離：l=V/A流體進(jìn)入該截面所需功：F.l=pV一、不可壓縮流體的能量衡算聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系 (4) (4)外功：外功：由流體輸送設(shè)備(泵或壓縮機(jī)等)向流體作功,流體便獲得了相應(yīng)的機(jī)械能，稱為外功或有效功。單位質(zhì)量(1kg)流體所獲得的外加機(jī)械能，以w表示，單位為J/kg。對(duì)質(zhì)量m 的功為W。一、不可壓縮流體的能量衡算聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系(5)內(nèi)能：流體分子內(nèi)部具有的能量?jī)?nèi)能：流體分子內(nèi)部具有的能量對(duì)單位質(zhì)量(1kg)流體所具有的內(nèi)能以e表示，單位為J/kg。質(zhì)量m 的內(nèi)能為U。（6 6）熱量：）熱量：換熱器向1kg流體提供的

3、熱量為q (J/kg)。對(duì)質(zhì)量m 交換熱量為Q。 一、不可壓縮流體的能量衡算聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系qeWep2,u2,2p1,u1,1221100z2z1衡算范圍：1-1、2-2截面以及管內(nèi)壁所圍成的空間衡算基準(zhǔn)：m kg流體基準(zhǔn)面：0-0水平面聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系221122211gg2211122Em zmupVWQEm zmupV 質(zhì)量為質(zhì)量為m 的流體能量衡算的流體能量衡算一、不可壓縮流體的能量衡算單位質(zhì)量流體能量衡算單位質(zhì)量流體能量衡算222112211gg2211212pVp Vezuwqezumm 221122211gg2211 12

4、2ezup vwqezup v 比容比容/比體積比體積穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算方程 聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系一、不可壓縮流體的能量衡算單位質(zhì)量流體單位質(zhì)量流體 能量衡算能量衡算222112211gg2211212pVp Vezuwqezumm 221122211gg2211 122ezup vwqezup v 比容比容/比體積比體積穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算方程 22112211gg221212ppezuwqezu 聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系焓焓 h：熱力學(xué)概念，壓力一定的情況下，衡量一個(gè)系統(tǒng)的能量多少的指標(biāo)。J/kg一、不可壓縮流體的能量衡算2211221

5、1gg2212hzuwqhzuphepve 21g2wqhzu 聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系1.機(jī)械能的轉(zhuǎn)換與損失上式中所包括的能量機(jī)械能動(dòng)能位能壓力能（流動(dòng)功）外功內(nèi)能和熱聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系對(duì)于單純的流體流動(dòng)，體系與外界沒(méi)有熱交換，q=0。由于流體的黏性作用，流體輸送過(guò)程中還消耗部分機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)化為流體的內(nèi)能，這部分稱為摩擦損失或水頭損失摩擦損失或水頭損失 。1.機(jī)械能的轉(zhuǎn)換與損失聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系22112211gg221221ppzuwzuee 22112211gg2212fppzuwzul 221122112g2g1

6、2fppzuHzuhgg J/kgJ/N、m壓頭、揚(yáng)程壓頭、揚(yáng)程單位質(zhì)量流單位質(zhì)量流體摩擦損失體摩擦損失單位重量流單位重量流體摩擦損失體摩擦損失工程伯努利工程伯努利 (Bernoulli)方程方程22112211gg221212ppezuwqezu 聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系2.理想流體的伯努利方程對(duì)于理想流體的流動(dòng)，無(wú)外功加入。 22112211gg2212fppzuwzul 22112211gg2212ppzuzu 理想流體伯努利理想流體伯努利 (Bernoulli)方程方程聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系pugzpugz22221211+21+=+21+3.

7、流體靜力學(xué)方程若流體處于靜止若流體處于靜止 說(shuō)明伯努利方程既表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。1212ppgzgz聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系3.流體靜力學(xué)方程pgz 常數(shù)常數(shù)0ppgh 等壓面靜力學(xué)基本方程式可改寫(xiě)為 21pphg 因此，壓差的大小可用一定的液柱高度來(lái)表示 聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系 應(yīng)注意，液柱高度表示壓差大小時(shí)必須指明是何種液體。3.流體靜力學(xué)方程聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系 靜力學(xué)方程式僅適用于連通著的同一種連續(xù)的不可壓縮靜止流體。 3.流體靜力學(xué)方程聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系例例: :2

8、P0P1Ph1hP0 P1 P2P1= ? P2=?聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復(fù)式壓力計(jì)，指示液為水銀，兩U形壓差計(jì)間充滿水。相對(duì)于某一基準(zhǔn)面，各指示液界面高度分別為 Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 試計(jì)算鍋爐內(nèi)水面上方的蒸汽壓力。聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系U形壓差計(jì)形壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為0，被測(cè)流體的密度為。 A與A面 為等壓面，即AApp )(1RmgppAgRgmppA02而p1p2mRAA聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東

9、昌學(xué)院化生系所以120()pg mRpgmgR整理得120- -p p()gR 若被測(cè)流體是氣體， ，則有0 120-p pgR聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系指示液的選取指示液的選取l 指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；l 指示液密度要大于被測(cè)流體密度。 120-(- )p pgR 應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 常用指示液:汞、四氯化碳、水、液體石蠟聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系4伯努利方程的應(yīng)用 利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定： 確定管道中流體的流量流量 確定容器間的相對(duì)位置相對(duì)位置 確定管道中流體的壓力壓力 確定輸送設(shè)備的有效功率有效

10、功率 測(cè)定流體流經(jīng)管道時(shí)的能量損失能量損失聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系（1）根據(jù)題意繪制流動(dòng)系統(tǒng)示意圖標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍 。選取截面l 與流體的流動(dòng)方向相垂直；l 兩截面間流體應(yīng)是穩(wěn)態(tài)連續(xù)流動(dòng)；l 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 伯努利方程使用步驟伯努利方程使用步驟聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系聊城大學(xué)東昌學(xué)院化生系（3）各物理量的單位應(yīng)保持一致,推薦采用SI制，使結(jié)果簡(jiǎn)化。壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。 （4）如果兩個(gè)橫截面積相差很大，如大截面容器和小管子，則可取大截面處的流速為零。（2）選取位能基準(zhǔn)面l基準(zhǔn)面必須是水平面，原則上可以任意選定。l通