高倒薩倒薩愛上

1、第一章 流體流動 1.1 流體靜力學(xué) 1.2 流體動力學(xué) 1.3 管內(nèi)流體流動現(xiàn)象1.4 流體流動阻力 1.5 管路計算 1.6 流速與流量的測量 1 了解流體流動的基本規(guī)律，要求熟練掌握流體靜力學(xué)基本方程、連續(xù)性方程、柏努利方程的內(nèi)容及應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上解決流體輸送的管路計算問題?；疽?21、掌握的內(nèi)容 1）流體的密度和粘度的定義、單位、影響因素及 數(shù)據(jù)的求?。?）壓強(qiáng)的定義、表示法及單位換算； 3）流體靜力學(xué)基本方程、連續(xù)性方程、柏努利 方程的內(nèi)容及應(yīng)用；4）流動型態(tài)及其判斷，雷諾準(zhǔn)數(shù)的物理意義及 計算；35）流動阻力產(chǎn)生的原因，流體在管內(nèi)流動時流動 阻力（直管阻力和局部阻力）的計算；

2、6）簡單管路的設(shè)計計算及輸送能力的核算； 7）管路中流體的壓力、流速及流量的測量：液柱 壓差計、測速管（畢托管）、孔板流量計、 轉(zhuǎn) 子流量計的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及計算；8）因次分析法的原理、依據(jù)、結(jié)果及應(yīng)用。42、熟悉的內(nèi)容 1）流體的連續(xù)性和壓縮性、定態(tài)流動與非定態(tài) 流動；2）層流與湍流的 特征；3）管內(nèi)流體速度分布公式及應(yīng)用； 4）哈根-泊謖葉方程式的推導(dǎo)； 5）復(fù)雜管路計算要點(diǎn)；57）邊界層的概念。6）正確使用各種數(shù)據(jù)圖表；3、了解的內(nèi)容1）牛頓型流體與非牛頓型流體；2）層流內(nèi)層與邊界層，邊界層的分離。 6一、 研究流體流動問題的重要性流體是氣體與液體的總稱。研究流體流動問題也是研究其它

3、化工單元操作的重要基礎(chǔ)流體流動是最普遍的化工單元操作之一； 789二、連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于 設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏 觀研究 流體。10三、流體的特征：不可壓縮流體：流體的體積不隨壓力變化而 變化，如液體；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變 化，如氣體。具有流動性； 無固定形狀，隨容器形狀而變化； 受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。111.1 流體靜力學(xué) 1.1.1 密 度1.1.2 壓 力1.1.3 流體靜力學(xué)平衡方程本節(jié)重點(diǎn)：靜力學(xué)基

4、本方程式及其應(yīng)用。本節(jié)難點(diǎn)：U形壓差計的測量。12 流體靜力學(xué) 單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度。1.1.1 密 度一、 定 義（1-1） V流體的體積，m3。式中：流體的密度，k/mg3；m流體的質(zhì)量， kg；13二、單組分密度 1、液體密度：僅隨溫度變化（極高壓力除外）， 其變化關(guān)系可從手冊中查得。 2、氣體密度：氣體是可壓縮的流體，其密度隨壓 強(qiáng)和溫度而變化。因此，氣體的密 度必須標(biāo)明其狀態(tài)。一般在手冊中 查得的氣體密度都是在一定壓力與 溫度下的，若條件不同，則密度需 進(jìn)行換算。14式中：p氣體的絕對壓力， Pa；T絕對溫度， K上標(biāo)“ ”表示手冊中所指定的條件 （1-2） 實(shí)際上，當(dāng)

5、壓力不太高、溫度不太低時，氣體密度可按理想氣體狀態(tài)方程計算： 15 R氣體常數(shù)，其值為 J/（molK）。（ 1-3） 式中：p氣體的絕對壓力， Pa；M氣體的摩爾質(zhì)量，kg/mol； T絕對溫度，K 16式中：M氣體的摩爾質(zhì)量， kg/mol；下標(biāo)“ 0 ”表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) （1-4） 或：為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾體積， m3/kmol；17三、混合物的密度氣體混合物中各組分的體積分率。（1-5） 對于氣體混合物，其組成通常用體積分率表示。1、氣體混合物的密度：各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有18 氣體混合物的平均密度 m也可利用式（ 1-3）計算，但式中的摩爾質(zhì)量M應(yīng)用混合氣體的平均摩爾質(zhì)量Mm代替，

6、即（1-6） Mm混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，kg/mol； 19氣體混合物中各組分的摩爾 (體積)分率。 各純組分的摩爾質(zhì)量，kg/mol； （1-7） 而對于理想氣體，其摩爾分率y與體積分率相同。20假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有2、液體混合物的密度：對于液體混合物，其組成通常用質(zhì)量分率表示。（1-8） 液體混合物中各組分的質(zhì)量分率。 各純組分的密度，kg/m3。21四、比容 單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)，單位為m3/kg。 （1-9） 22 壓力 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡稱壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。 一、壓力的特性：流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面 任

7、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。23二、壓力的單位 SI制：N/m2稱為帕斯卡，以Pa表示。 或以流體柱高度表示 ： 用液柱高度表示壓力時，必須指明流體的 種類如600mmHg，10mH2O等。 1atm = 1.013105Pa =760mmHgm H2O（1-10） 注意：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系：24三、 壓力的表示方法 1、絕對壓力：以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力， 是流體的真實(shí)壓力 。真空度 =大氣壓力 絕對壓力=表壓2、表壓或真空度：大氣壓為基準(zhǔn)測得的壓力。表 壓 =絕對壓力 大氣壓力壓力的大小常以兩種不同的基準(zhǔn)來表示： 25絕對壓力絕

8、對壓力絕對真空表壓真空度大氣壓絕對壓力與表壓、真空度的關(guān)系圖圖1-1 絕對壓力、表壓與真空度的關(guān)系26 一般為避免混淆，通常對表壓、真空度等加以標(biāo)注，如2000Pa（表壓），10mmHg（真空度）等，還應(yīng)指明當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Α?7 流體靜力學(xué)平衡方程 一、靜力學(xué)基本方程 設(shè)流體不可壓縮，重力場中對液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力方向向下 （2）下端面所受總壓力方向向上 28液柱處于靜止時，上述三項力的合力為零:壓力形式 能量形式（3）液柱的重力方向向下 （1-11） （1-11a） 29 若將液柱的上端面取在容器內(nèi)的液面上，設(shè)液面上方的壓力為Pa ，液柱高度為h，則式（1-11）可改寫為：

9、（1-11b） 式（1-11）、式（1-11a）及式（1-11b）均稱為靜力學(xué)基本方程。30 對于氣體來說，密度隨壓力變化，但若氣體的壓力變化不大，密度近似地取其平均值而視為常數(shù)時，式（1-11）、式（1-11a）及式（1-11b）也適用。 靜力學(xué)基本方程適用于在重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮流體，如液體。31討論：（1）適用于重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體；（2）等壓面：在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處 于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓面。（3）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 32（4）物理意義：單位質(zhì)量流體所具有的位

10、能，J/kg；單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。 在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但總和恒為常量。 靜力學(xué)基本方程也反映了靜止流體內(nèi)部能量守恒與轉(zhuǎn)換的關(guān)系。 33（5）式1-11b可改寫成 壓力或壓力差可用液柱高度表示，此為前面介紹壓力的單位可用液柱高度表示的依據(jù)。但需注明液體的種類。34二、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1. 壓力及壓力差的測量 （1）U形壓差計 設(shè)指示液的密度為0 ，被測流體的密度為。A與A面 為等壓面，即：而35所以 若被測流體是氣體， ，則有整理得（1-12） （1-12a） 幻燈片 58 36討論：（1）當(dāng)用U形壓差計測量設(shè)備內(nèi)兩點(diǎn)的壓差時可將U

11、形管兩端與被測兩點(diǎn)直接相連，利用R的數(shù)值就可以計算出兩點(diǎn)間的壓力差。37（2）U形壓差計可測系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度； 圖1-4 表壓 圖1-5 真空度p1pap1pa38（3）指示液的選?。褐甘疽号c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。 應(yīng)根據(jù)被測流體的種類和測量范圍合理選擇指示液。 常用的指示液有水銀、四氯化碳、水和液體石蠟等。39思考：若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數(shù) R反映了什么？p1p2z2RAAz140 已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?，水的密?1000kg/m3，水銀的密度0=13600kg/m3。

12、試計算該截面處的壓力。例： 如圖所示，水在水平管道內(nèi)流動。為測量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計，指示液為水銀，讀數(shù)R250mm，m900mm。41圖中A-A面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即：解：而 于是 42或直接計算該處的真空度：則截面處絕對壓力：幻燈片 5943 U形壓差計在使用時為防止水銀蒸汽向空氣中擴(kuò)散，通常在與大氣相通的一側(cè)水銀液面上充入少量水，計算時其高度可忽略不計。 由此可見，當(dāng)U形管一端與大氣相通時，U形壓差計實(shí)際反映的就是該處的表壓或真空度。44例：如圖所示，水在管道中流動。為測得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一U形

13、壓差計，指示液為水銀。已知壓差計的讀數(shù)R150mm，水與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600 kg/m3。試計算A-A、B-B截面的壓力差。45解： 圖中，1-1面與2-2面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即：又 46所以 整理得 此結(jié)果與式（1-12）相同，由此可見， U形壓差計所測壓差的大小只與被測流體及指示劑的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計放置的位置無關(guān)。代入數(shù)據(jù)： 47（2）雙液體U管壓差計 又稱為微壓計，用于測量壓力較小的場合。 在U管上增設(shè)兩個擴(kuò)大室，內(nèi)裝密度接近但不互溶的兩種指示液A和C 圖1-6 雙液體U管壓差計48 擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之

14、比應(yīng)大于10。這樣擴(kuò)大室的截面積比U管截面積大得多，即可認(rèn)為即使U管內(nèi)指示液A 的液面差R較大，但兩擴(kuò)大室內(nèi)指示液C的液面變化微小，可近似認(rèn)為維持在同一水平面。于是有： (1 -13)由上式可知，只要選擇兩種合適的指示液，使較小，就可以保證較大的讀數(shù)R?；脽羝?6049（3）斜管壓差計 式中為傾斜角，其值越小，則讀數(shù)放大倍數(shù)越大。 當(dāng)所測量的流體壓力差較小時，可將壓差計傾斜放置，即為斜管壓差計，用以放大讀數(shù)，提高測量精度。此時，R與R的關(guān)系為：（1-14）750（4） 倒U形壓差計 （1-15） 若被測流體為液體，也可選用比其密度小的流體（液體或氣體）作為指示劑，采用倒U形壓差計形式。圖1-8倒U形壓差計 最常用的倒U形壓差計是以空氣作為指示劑51（5） 復(fù)式壓差計 適用于壓差較大的情況。52例：如圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復(fù)式壓力計，指示液為水銀，兩U形壓差計間充滿水。相對于某一基準(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。 試計算鍋爐內(nèi)水面上方的蒸汽壓力。教材P22532. 液位測量 （1）近距離液位測量裝置 壓差計讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。 (1-16) 液面越高，h越小，壓差