化工原理[第一章流體流動(dòng)及輸送機(jī)械]山東大學(xué)期末考試知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載第一章流體流動(dòng)及輸送機(jī)械一、重要公式1 .靜力學(xué)方程pl = pj +碑(給一41 aim = 1.013 X 10, Pa = 760 mmHg = 10* 33 mH；()1 kgf/cmd = 9, 81 X 10* Pa = 735+ 6 mmHg =10 mH2()陽(yáng)測(cè)壓口不在同一制度）（兩測(cè)壓口在同一高度2 . ufBFl壓差計(jì)Zip = pR _ Oh =及£0 - p） 一 償（。一 3）A。= Re （p, 一 p）式中用, P分別為指示液和被測(cè)液體的密度，kg/m二3 .曲體的速度修體極液置如、債輸國(guó)族及陸軍減速Gqv = uA G = up q

2、m = qp uAp - GA4 .牛fi財(cái)性定律黏度洶 SI制單位為Pa',1 Pa - s - 10 P = 1 000 cP.運(yùn)動(dòng)黏度 ” =叢 SI制單位為m2/so5,連續(xù)杵方耀p!"jA| = pl Uz A；（定態(tài)流動(dòng)）141a =%A? （定態(tài)流動(dòng)邛=常數(shù)，如液體）U.d = U2d （定態(tài)流動(dòng),pH常數(shù)，圓管內(nèi)）6 .機(jī)修部守恒式均質(zhì)不可壓縮流體等溫定態(tài)流動(dòng)的柏努利方程如下：g：n +粵+邑+人甘=gz± +與+2+兒,i-2 （J/kg）2 PdpZ + 署 + + He =如 + 料 + * + Hl）-2（m）2g 陽(yáng)2g %可壓縮流體等溫定

3、態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能守恒式如下:=4號(hào) （戶很小或長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)）7動(dòng)量守恒2耳=</ （ u2j 一 以8 .雷諾數(shù)D _ dup _ dGdu林 Bv& 2 000,層流 Re > 4 000,湍流2 000 < Re < 4 000,過渡區(qū)9 .阻力損失'"=入:勺（范寧公式）a L用8 / 8監(jiān)（層流、湍流分別討論）a -a10 .摩擦系的A = fCRe, s/d）層流& < 2 000.“冷儲(chǔ)=轡裝（哈根-泊謖葉方程）&pd'完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)）4=/（e/rf）光滑管入=與壽1L局部阻力h"人與

4、號(hào)=鳥 仁=1（管出口），（ = 0.5 （管人口） U M&12,非圈管阻力計(jì)算13.圓管內(nèi)層潞速度分布14,并聯(lián)管第I卷)拋物線=(ivi +(/V2 + qv» 4工32 =陽(yáng).3 =M I分別討論在層流、湍流”相同三種情況下的簡(jiǎn)化形式.15-串聯(lián)管路Qv H 3=守爐2 =陽(yáng)=兒,】+ fit, 2 +16 . B支管路qv = Qv + Qvz T+包+與=g +包+導(dǎo)+儲(chǔ).i =弁以+拄+與+兒1 =常數(shù) p Cp tP L17 .畢托爵測(cè)讀笆）7辿寧1=八&）=八 "TOM18,孔暢海量計(jì)（怛截面，變壓差）的=GA. = GA“ JRS.&am

5、p;孔板孔流系數(shù)G =0.60.7,文丘里流城計(jì)用【1代替（】 %，% 0. 98 f能耗?。?19,轉(zhuǎn)子流裝計(jì)（迪氏差,變就面）20.管路特rt泉的有蚊電隼23.比例雅律24.離剛?cè)看罄欣浒惭b高度HJ =一"一 ZHc 一（NP5H）f+0.525*住復(fù)聚的海僵單動(dòng)泵qv = iASnt雙動(dòng)泵=小（2 A o） Sm.26.風(fēng)Ml全風(fēng)壓慢翼Pt （小一戶）+半/f _ PPt = Pt 匚”P、主要內(nèi)容聯(lián)系圖1 .化工原理課程知識(shí)結(jié)構(gòu)模塊圖化工蛾理課程求要理論軍礎(chǔ)（1）質(zhì)最平衡ai訓(xùn).'機(jī)械能平衡Ei +幻=E,i+2褊（3）熱身平衡（系統(tǒng)中無(wú)機(jī)械能時(shí)12mH）+ Q，n

6、 = £rH）+ Q,hOul（4）動(dòng)量守恒uaiin（5）牛頓第二定律Zf=m.半dr（D氣液相平衡y = 皿）（2）汽液相平衡* =解由）（3）氣固相平衡0=儀上）（4）液液相平衡yE, i = f（XnCC5）液固相平衡過程速率表達(dá)式過程速率.解一壅型力 U往津不過程阻力1化|一過程及單元操作（1）流體流動(dòng)過程單相流動(dòng)流體流動(dòng)、流體輸送兩相流動(dòng)a.流體通過顆粒層的流動(dòng)：過灌、固定床 b,顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)沉降、固體流態(tài)化（2）傳熱過程加熱、冷卻、冷凝.沸膊，蒸發(fā)<3）傳破過程吸收、精慵、萃取.吸附、干燥化工設(shè)備1流體輸送及機(jī)械分陽(yáng)設(shè)備換熱設(shè)備傳質(zhì)設(shè)備泉，風(fēng)機(jī)過晚機(jī)演力沉降分離

7、器、離心沉降分離器 固定床、淡化床、氣力輸送換熱器蒸發(fā)器吸收塔、精博塔 葦取塔、吸附塔 干燥器2.沿鼻海疝內(nèi)濘瞧峋黑快用骷度潮浦而高度K空度層流網(wǎng)管過渡區(qū)擊謂布1ft 摩«系數(shù)郃力計(jì)算一連雄性方程相野村方程1t斛n手托管孔板流愉計(jì)文丘里流H計(jì)確定ff技及箱送機(jī)械功率沒w計(jì)W瑰有設(shè)第送液能力校幡計(jì)施-L拌暇分支舒圖流量分冏IX計(jì)算愉送機(jī)械的功率1計(jì)W管帶中的RI力損失3.藺修網(wǎng)送機(jī)新內(nèi)容結(jié)構(gòu)出按用一曲 Q I33EH tQEIB* I rFrk -1 E£H-同機(jī)亶.也尸'政蜃轉(zhuǎn)數(shù)T作醺理I圖17圖12 流體廿送索累用三、本章要點(diǎn)指導(dǎo)(1) .流體靜力學(xué)方程式月叫+包

8、=H之2 +2pPP2 =+ 陰(。一次)=pi + pgh由靜力學(xué)方程可知：(1)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力大小與該點(diǎn)距液面 深度有關(guān)，越深壓力越大。(2) 在靜止液體內(nèi)同一水平面上各點(diǎn)壓力相 等，此壓力相等的面稱為等壓面。(3) 液面上方壓力po。有變化時(shí)，必然引起液 體內(nèi)部各點(diǎn)發(fā)生同樣大小的變化(p2-p1)/ p g=h,說明壓力或壓差大小可由液柱高度表示。(5)(p/ p g)+z=常數(shù)或p/ p +gz=常數(shù)，說明不同截面上靜壓能和位能可相互 轉(zhuǎn)換，總和保持不變。z為流體距離基準(zhǔn)面的高度，稱為位壓頭，表示單位重量 流體從基準(zhǔn)面算起的位能，mg"mg=4 p/ p g為靜壓頭，又

9、稱單位重量流體的 靜壓能pV/mg,靜壓能的意義：當(dāng)流體具有靜壓強(qiáng) p時(shí)，就能在它的作用下上升 高度p/ P g,這種克服重力做功的能力稱為靜壓能。(6) 靜止的、連通的同種均質(zhì)流體在同一水平面上壓強(qiáng)相等。(7) 靜力學(xué)方程亦適用于可壓縮流體，p必須取平均值。(8) 靜力學(xué)方程應(yīng)用的計(jì)算題，首先選等壓面，計(jì)算靜壓強(qiáng)由上往下加，反 之則減。2 .機(jī)械能衡算方程式流體流動(dòng)的核心公式是流體機(jī)械能衡算方程式(柏努利方程)，該公式有如下附 + 與+包 +鼠 =+ 與 + 及 + 股 3匕 pZ p町 + 畀 + 之 + H* = 血 + + 包 +i-2“睡2我 快形式:上 it =（人 £

10、+（日）=（4+£聰 應(yīng)用公式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1) 柏努利方程應(yīng)用條件：定態(tài)、連續(xù)、不可壓縮流體系統(tǒng)，在選定的兩截 面問，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無(wú)能量和質(zhì)量交換，滿足連續(xù)性方程。(2) 公式(a)的基準(zhǔn)為單位質(zhì)量流體(1 kg),公式(b)的基準(zhǔn)為單位重量流體 (1 N)。(3) 公式(a)的物理意義：各項(xiàng)均表示單位質(zhì)量流體具有的能量， 單位：J/kg gzb Ui2/2 , pi/ p , gz2, U22/2 , p2/ p分別為截面1和截面2上單位質(zhì)量流體所具 有的位能、動(dòng)能和靜壓能，he, hf, 1-2為流體在截面1 2之間獲得和消耗的能 量，是過程函數(shù)，he為輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流

11、體所做的有效功，是選用輸送設(shè)備 的重要依據(jù)。(4) 公式(b)的物理意義：各項(xiàng)均表示單位重量流體具有的能量，單位：J/N 或m液柱。zi, ui2/2g , pi/ p g為截面1上流體所具有的位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓 頭，Z2u 22/2gp 2/ p g為截面2上流體所具有的位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭，H(揚(yáng)程)是輸送設(shè)備對(duì)流體所提供的有效壓頭，He=he/g; H, 1-2為流體在截面1 2 之間的壓頭損失，H, 1-2/g。(5)z, p, u為狀態(tài)函數(shù)，管內(nèi)流動(dòng)u, z, p, p為平均值。(6)z 1、Z2選擇同一水平基準(zhǔn)面，通常選擇地平面或控制體截面1-1'、截面2-2'

12、中的較低的一個(gè)所在的水平面上。(7)p 1、p2同時(shí)以絕對(duì)壓計(jì)或同時(shí)以表壓計(jì)，并且注意單位均統(tǒng)一到N/m2。(8) 截面1 1'、截面22'與流體流動(dòng)方向相垂直，根據(jù)所取的截面11'、 截面22'的性質(zhì)，靈活地確定U1、U2的數(shù)值，流速u是平均流速，阻力損失項(xiàng) 中的流速取產(chǎn)生阻力損失的管段上的平均流速，大截面上的流速為 00(9)自高位槽或高壓容器向其他地方輸送流體時(shí)一般不需要流體輸送機(jī)械， 此時(shí)，He=0, he=0。(10)若外界沒有向系統(tǒng)加人外功，he=0, H=0,用E1和Et2分別表示截面1 和截面2上的機(jī)械能(位能、動(dòng)能和靜壓能之和)，B=E2+hf

13、,由于實(shí)際流體(非 理想)流動(dòng)時(shí)，ht>0,故曰>昆。這說明流體能自動(dòng)從高(機(jī)械能)能位流向低(機(jī) 械能)能位。(11)理想流體，無(wú)外加功，he=0, H=0, H=0, hf=0,則得到理想流體的柏努 利方程，其物理意義如下：1 kg理想流體在各個(gè)截面上所具有的總機(jī)械能Et守衡.各項(xiàng)不一定相等，三種形式的能可以互相轉(zhuǎn)換，總和不變，&二巳。修+黑 +包=次+ 黑 + '或 Az + = 02g 陽(yáng)2K 隅2g p*(12)可壓縮流體，當(dāng) I (pi-p2)/pi I <20%,采取 p = p 后(p i+p2)/2,誤 差在工程上是允許的。(13)非定態(tài)流動(dòng)

14、，可通過微分時(shí)間dt內(nèi)的物料衡算和瞬間柏努利方程求解。(14)若在等直徑的管段，無(wú)流體輸送機(jī)械，阻力損失可以忽略，機(jī)械能衡算 方程式變成流體靜力學(xué)的形式。(15)因?yàn)闄C(jī)械能衡算式中的每一項(xiàng)均是單位流體的能量， 故計(jì)算流體輸送機(jī) 械的功率時(shí)應(yīng)注意流體的總流量 qv(單位：m3/s),有效功率Pe=p gHqv=heqm, 軸功率R=Pe/4,單位：W瓦)0(16)柏努利方程解題步驟如下。繪出流體流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，并根據(jù)要求確定流體流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍 (控制體)。選取截面：根據(jù)題意定出上下截面，一般把上下游截面選取在已知 數(shù)較多或含有待求量的地方，并指出流體的流動(dòng)方向，截面選取必須與流動(dòng)方向 垂直

15、，且在兩截面間流體必須是連續(xù)的； 上下游截面確定后，兩截面及其間的管 道內(nèi)壁和容器內(nèi)壁即構(gòu)成相應(yīng)的控制體。 上下游截面上單位質(zhì)量流體所具有的位 能和靜壓能按管道軸心線的流線上的值計(jì)算。選擇基準(zhǔn)水平面：通常取基準(zhǔn)水 平面通過衡算范圍的兩個(gè)截面中的任一截面， 截面上方為“+”，截面下方為“-”, “z” 一截面中心點(diǎn)到基準(zhǔn)水平面間的垂直距離。衡算范圍內(nèi)所含的外部功及 阻力損失應(yīng)完全考慮進(jìn)去，不應(yīng)遺漏。(17)應(yīng)用機(jī)械能衡算方程式可解決以下方面的問題：確定高位槽高度；計(jì)算管路中的流體壓力；計(jì)算管路中的流體壓力； 計(jì)算管路中的阻力損失；確定輸送 機(jī)械的功率；確定完成規(guī)定輸送流量所需要的管徑 d；對(duì)于已

16、有的管路系統(tǒng)確定 所能達(dá)到的流量；并聯(lián)分支管路的流量分配等。(18)有時(shí)柏努利方程需要和連續(xù)性方程、 動(dòng)量守恒定律聯(lián)合,可用于計(jì)算管路中的流量，設(shè)備間的相對(duì)位置，輸送設(shè)備的有效功率及管路中流體的壓強(qiáng)關(guān)系。四、本章注意點(diǎn)(1) 靜力學(xué)方程是靜止流體中的能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，應(yīng)用此方程的關(guān)鍵是 正確選取等壓面，其實(shí)質(zhì)即為在連續(xù)、 靜止、均質(zhì)的流體中同一水平面上靜壓強(qiáng) 相等這一概念的應(yīng)用。所取等壓面的位置不同，僅涉及計(jì)算是否簡(jiǎn)便，不影響計(jì)算結(jié)果。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意各物理量單位制要統(tǒng)一。(2) 應(yīng)掌握連續(xù)性方程式的使用條件、意義及應(yīng)用。(3) 掌握柏努利方程及機(jī)械能衡算式的物理意義、使用條件及應(yīng)用。(4)牛頓黏性定律，黏度的定義及影響因素，不同單位制中黏度的換算。(5) 流體的流動(dòng)形態(tài)有兩種：層流和湍流，其判據(jù)是雷諾數(shù)。(6) !2hf為機(jī)械能衡算式中兩截面間的1 kg流體的機(jī)械能損失，一般由直管阻力和局部阻力兩部分組成。(7)簡(jiǎn)單管路及復(fù)雜管路的特點(diǎn)。(8) 注意區(qū)分“氣縛現(xiàn)象”和“汽蝕現(xiàn)象”。“氣縛現(xiàn)象”是因?yàn)楸脝?dòng)前泵殼 及吸人管路中沒有充滿液體等原因，而使泵內(nèi)有氣體導(dǎo)致吸不上液體；而 “汽蝕 現(xiàn)象”則是由于泵內(nèi)某處的絕對(duì)壓力低于操作溫度下液體的飽和蒸氣壓， 而使泵 不能正常操作甚至將泵損壞。可見兩者產(chǎn)生的原因不同，現(xiàn)象不同，后果亦不同。 但都是離心泵正常操作