化工單元操作與設(shè)備之流體流動(dòng)

1、化工單元操作與設(shè)備之流體流動(dòng)第1頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院任務(wù)一 概述一、流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體：具有流動(dòng)性的物體，包括液體和氣體。流體質(zhì)點(diǎn)：由無數(shù)個(gè)注體分子組成的連續(xù)介質(zhì)。第2頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院二、流體的密度與比體積1、密度與比體積的定義 = 單位： kg/m3 = 單位：m3 / kg；2、純組分流體的密度 = = 單位： kg/m3 注：其中P的單位是KPa, R=8.314kJ/kmolK第3頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院3、混合物的

2、密度（1）液體混合物 (i=1、2、3. .n) （2）氣體混合物a、 (i=1、2、3. .n)第4頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 b 、其中：例題：略；第5頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院三、流體的粘性1、牛頓粘性定律 ：速度梯度，1/s ； ：比例系數(shù)，稱粘度，N.s/m2 第6頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院2、流體的粘度1、意義：當(dāng) =1時(shí)，=；2、單位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊）3、混合物的粘度（略）第7頁，共71頁，2022年，

3、5月20日，16點(diǎn)57分，星期二任務(wù)二 流體靜力學(xué)第8頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院一、流體的壓強(qiáng)1、定義： 單位: Pa 2、絕對壓力、表壓力和真空度（1）例： P PA（絕壓）=1.5atm A設(shè)備 PA（表壓）=0.5atm 大氣壓：1atm B設(shè)備 PB（絕壓）=1.5atm 0 PB（表壓）=-0.5atm PB（真空度）=0.5atm第9頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（2）結(jié)論表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)大氣壓真空度=大氣壓絕對壓強(qiáng)例：當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)為1.9atm 時(shí)，問其表壓為多少？當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對

4、壓強(qiáng)為0.9atm 時(shí)，問其表壓又為多少？如用真空度表示是多少?(單位均為大氣壓)第10頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院3、單位1atm=1.013105Pa=101.3kPa=760mmHg =1.033kgf/cm2=10.33mH2O例題：某設(shè)備內(nèi)壓強(qiáng)為780mmHg,用Pa表示為多少？第11頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院二、流體靜力學(xué)基本方程P=P0+gh1、公式推導(dǎo)：受力分析2、說明：（1）本式也適用于氣體；（2）靜止的、連通的同一種液體,處在同 一水平面上兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等； 等壓面：壓強(qiáng)相等；（

5、3）巴斯噶原理：液面上方壓強(qiáng)具有傳遞性。（4） 壓強(qiáng)大小可以用高度來 衡量。第12頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差；（2）測量液位；（3）測量液封高度；第13頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 任務(wù)三 流體動(dòng)力學(xué)第14頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院一、流量與流速 質(zhì)量流量：Ws kg/h1、流量 Ws= Vs 體積流量:Vs m3/h2、流速：（1）平均流速 m/s Ws= VsA（2）質(zhì)量流速： kg/(m2.s)

6、第15頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院3、圓形管道直徑的選取根據(jù)：選擇一常用流速，進(jìn)行計(jì)算：后進(jìn)行圓整。例題： 第16頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院二、連續(xù)性方程1、定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)： 流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截面（與流體流動(dòng)方向相垂直的）上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)均不隨時(shí)間而變的叫定常流動(dòng)。 反之，為非定常流動(dòng)。2、連續(xù)性方程 據(jù)質(zhì)量守恒定律： 1 2第17頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 -流體連續(xù)性方程對于液體（不可壓縮流體）： -液體連續(xù)性方程也

7、可變?yōu)椋阂饬x：流體在定常流動(dòng)時(shí)，流速與管道截面積成反比，與管道直徑的平方成反比。第18頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院三、柏努利方程1、流體所具有的機(jī)械能：（1）位能： 在重力場中，液體高于某基準(zhǔn)面所具有的能量稱為液體的位能。液體在距離基準(zhǔn)面高度為z時(shí)的位能相當(dāng)于流體從基準(zhǔn)面提升高度為z時(shí)重力對液體所作的功。 mkg流體所具有的位能：mgz ,單位是：J; 單位質(zhì)量流體所具有的位能：gz ,單位是： 第19頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（2）動(dòng)能液體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。 mkg流體所具有的動(dòng)能：

8、 ,單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能： ，單位是：第20頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（3）壓強(qiáng)能流體自低壓向高壓對抗壓力流動(dòng)時(shí)，流體由此獲得的能量稱為壓強(qiáng)能。 mkg流體所具有的壓強(qiáng)能： 單位是：J; 單位質(zhì)量流體所具有的壓強(qiáng)能： v流體的比容（比體積）， 第21頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院2、理想流體的柏努利方程理想流體，無摩擦力，據(jù)機(jī)械能守恒定律： 機(jī)械能位能動(dòng)能壓強(qiáng)能常數(shù)單位質(zhì)量流體所具有的機(jī)械能 -理想流體的柏努利方程第22頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古

9、化工職業(yè)學(xué)院3、討論：機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換方程意義：流體的各種機(jī)械能形式之間在一定條件下是可以相互 轉(zhuǎn)換的，但總和不變。如圖所示管道：系統(tǒng)處在靜止?fàn)顟B(tài)， 第23頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院對于可壓縮流體如果： ，可用 ，近似按不可壓縮流體處理。公式中的p既可以用表壓，也可用絕壓，但須前后保持一致。第24頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院4、實(shí)際流體的柏努利方程實(shí)際流體：（1）有流動(dòng)阻力，hf ，單位是J/Kg；（2）有外加功， We ，單位是J/Kg ； -實(shí)際流體的柏努利方程（擴(kuò)展了的柏努利方程）第25頁，

10、共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)，有： 位壓頭 靜壓頭 動(dòng)壓頭 有效壓頭 壓頭損失以單位體積位衡算基準(zhǔn),有： 第26頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院5、實(shí)際流體的柏努利方程的應(yīng)用計(jì)算兩容器間的相對位置；計(jì)算輸送機(jī)械的有效功率；計(jì)算流體的輸送量；計(jì)算輸送壓強(qiáng)。例題：見課本。第27頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院四、實(shí)際流體的基本流動(dòng)現(xiàn)象（一）、流體的流動(dòng)類型 1、雷諾實(shí)驗(yàn) 第28頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化

11、工職業(yè)學(xué)院2 、實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 層流 流體流動(dòng)型態(tài) 湍流第29頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院3、流型的判斷（1）影響流型的因素： 流速：u； 密度：； 粘度：； 直徑：d；（2）流動(dòng)型態(tài)的判斷：雷諾數(shù)（無量綱準(zhǔn)數(shù)） （3）判斷：當(dāng)Re2000, 層流； 當(dāng)2000 4000，湍流；例：見P37（略）第30頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（二）圓管內(nèi)的速度分布1、層流時(shí)的速度分布特點(diǎn)：管中心處流速最大2、湍流時(shí)的速度分布3、層流內(nèi)層：第31頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)

12、學(xué)院第32頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第33頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第34頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（三）流動(dòng)邊界層的基本概念1、流動(dòng)邊界層：特點(diǎn)：存在速度梯度和阻力的區(qū)域； 層流邊界層種類 湍流邊界層：層流內(nèi)層；2、主流區(qū)：速度梯度為零；3、邊界層的分離特點(diǎn)：有大量機(jī)械能損失；第35頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第36頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第四節(jié)

13、 管內(nèi)流動(dòng)阻力一、化工管路：管子、管件、閥件；（一）、管子1、種類及用途：鑄鐵管：強(qiáng)度差，價(jià)格低，用作污水管； 焊接鋼管（水煤氣管）：輸送水、煤氣等低壓鋼管 無腐蝕性介質(zhì)，分為鍍鋅管和黑管。 無縫鋼管：輸送高壓、高溫?zé)o腐蝕性流體。合金鋼管：輸送高溫且有腐蝕性介質(zhì)。 第37頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 紫銅管銅管 特點(diǎn)：重量輕，導(dǎo)熱性好， 黃銅管 延展性好，用作換熱管。鉛管：耐酸，機(jī)械強(qiáng)度差；鋁管：耐酸不耐堿，輸送濃硝酸等； 尺寸標(biāo)注方法： 外徑 壁厚mm陶瓷管和玻璃管：不耐壓，耐腐蝕；塑料管：種類多，抗腐蝕，易加工；橡膠管：耐酸、堿腐蝕，有彈性，

14、但易老化；第38頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院2、管路的連接（1）螺紋連接（2）焊接（3）承插式連接（4）法蘭連接第39頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（二）管件1、用于改變流向的：彎頭（90、45 、180 ）2、用于連接支管的：三通、四通等；第40頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 3、用于堵塞管路的：管帽、絲堵等；4、其它：改變管徑、延長管路等。第41頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（三）常用閥門種類：閘閥、截止閥

15、、止回閥、球閥、 旋塞、隔膜閥等；截止閥閘閥止回閥旋塞閥球閥第42頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第43頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第44頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第45頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院旋塞閥第46頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院球閥第47頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院流動(dòng)阻力:hf種類:直管阻力(hf)

16、局部阻力(hf)第48頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院二、直管內(nèi)的流動(dòng)阻力1、計(jì)算公式：通過對流體進(jìn)行能量衡算和受力分析，得出： 范寧公式 其中： 摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)） 阻力壓降： 壓頭損失：第49頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院2、層流時(shí)的摩擦因數(shù)影響摩擦因數(shù)大小的原因：(1)流動(dòng)型態(tài)（Re） 絕對粗糙度mm(2)管壁粗糙程度 相對粗糙度/d3、湍流時(shí)的摩擦因數(shù) 其中：/d 相對粗糙度通過實(shí)驗(yàn)，得到計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式或摩擦因數(shù)圖：第50頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)

17、院圖第51頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院* 摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系匯總層流區(qū)：湍流區(qū)：完全湍流區(qū)：過渡區(qū)：既可以按層流計(jì)算，也可以按湍流查 圖。第52頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院4、非圓形直管的阻力損失當(dāng)量直徑：同心套管：此時(shí)， （C值可查表）第53頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院三、局部阻力1、局部阻力：流體流經(jīng)局部位置所產(chǎn)生的阻力。 形體阻力：由于流體流速、流動(dòng)方 局部阻力 向改變產(chǎn)生的阻力 摩擦阻力 阻力系數(shù)法2、計(jì)算方法 當(dāng)量長度法第54

18、頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院局部位置阻力第55頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院 1、阻力系數(shù)法 J/Kg （各局部位置的阻力系數(shù)見附表） 2、當(dāng)量長度法 J/Kg 四、流體在管內(nèi)流動(dòng)總阻力的計(jì)算（1）、 J/Kg第56頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院(2)例題： 見P55。（略）第57頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第五節(jié) 管路計(jì)算一、簡單管路與復(fù)雜管路 等徑管路 1、簡單管路 串聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）、 （2）、第58

19、頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院2、復(fù)雜管路 并聯(lián)管路復(fù)雜管路 分支管路 匯合管路第59頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院并聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）（2）分支管路特點(diǎn)：（1）（2）分支點(diǎn)處單位質(zhì)量流體的機(jī)械能總和為一定值。第60頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第六節(jié) 流量的測定一、皮托測速管1、結(jié)構(gòu)及原理2、流速計(jì)算A點(diǎn)壓強(qiáng)能： B點(diǎn)壓強(qiáng)能：A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)能差值：聯(lián)立： 注：實(shí)際計(jì)算時(shí)加校正系數(shù)C。 第61頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院第62頁，共71頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)57分，星期二內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院二、孔板流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)與原理: 第63