化工基礎(chǔ)第2章動量傳遞

第二章流體的動力(dònglì)過程精品資料2.1基本概念1、理想流體和實(shí)際(shíjì)流體理想流體：不具有(jùyǒu)粘性，因而在流動時不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。實(shí)際流體：具有粘性，因而在流動時產(chǎn)生摩擦阻力的流體。精品資料2、流體(liútǐ)的密度定義：單位體積的流體所具有(jùyǒu)的質(zhì)量。符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)精品資料液體(yètǐ)的密度:用比重計(jì)法測定.工程上液體(yètǐ)的比重用[S]T277表示,是無因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液體混合物的密度精品資料氣體(qìtǐ)的密度混合氣體的密度(mìdù)：方法1方法2精品資料3、流體(liútǐ)的連續(xù)性把流體(liútǐ)看作是由無數(shù)微團(tuán)（質(zhì)點(diǎn)）所組成的連續(xù)介質(zhì)，流體(liútǐ)所占的空間全部為這種連續(xù)介質(zhì)所充滿。強(qiáng)調(diào)：1）在宏觀上，流體質(zhì)點(diǎn)是連續(xù)的；2）流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動也是連續(xù)的。精品資料4、壓強(qiáng)(yāqiáng)1）定義：垂直(chuízhí)作用于單位面積上的力。P=F/A；單位：Pa(N/m2)在流體力學(xué)中，常用液柱高度表示壓強(qiáng)P=液體的重量/液體的底面積

精品資料2)單位(dānwèi)1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程(gōngchéng)上1kgf·cm-2定為1at精品資料3)壓強(qiáng)的表示(biǎoshì)方法絕對(juéduì)壓強(qiáng):用絕對(juéduì)零點(diǎn)為起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)表壓:用當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽槠瘘c(diǎn)的壓強(qiáng)真空度:低于當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮航^對壓強(qiáng)=表壓+大氣壓真空度=大氣壓–絕對壓強(qiáng)精品資料精品資料精品資料請判斷下列(xiàliè)壓強(qiáng)值的大小.(1)500000Pa（絕對壓強(qiáng)）;(2)40000kgf/m2（絕對壓強(qiáng)）;(3)1.5kgf/cm2（表壓）;(4)450mmHg（真空度）;(5)1.6mH2O（絕對壓強(qiáng)）答案(dáàn)(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa(1)>(2)>(3)>(4)>(5)精品資料2.2流體(liútǐ)靜力學(xué)方程液體(yètǐ)本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力為:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A精品資料整理(zhěnglǐ)得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:稱為(chēnɡwéi)流體靜力學(xué)方程精品資料工程上將單位重量的流體(liútǐ)所具有的能量稱做壓頭,單位為:m液柱。流體靜力學(xué)的意義：

在靜止的流體內(nèi)部(nèibù)，位壓頭和靜壓頭之和為常數(shù)精品資料結(jié)論：1）靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓強(qiáng)是液面深度的函數(shù)(hánshù)；2）同一靜止流體，同一水平面上，各點(diǎn)壓強(qiáng)相等；3）當(dāng)液面上方的壓強(qiáng)變化時，液面內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)都要變化。精品資料例1：如圖問1）1、2、3點(diǎn)的壓強(qiáng)相等嗎？2）4、5、6點(diǎn)的壓強(qiáng)相等嗎？3）當(dāng)P0=760，計(jì)算(jìsuàn)B、C上方的壓強(qiáng)。精品資料2.3流體(liútǐ)靜力學(xué)應(yīng)用1、U型管壓差(yāchà)計(jì)精品資料指示(zhǐshì)液的要求：1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；2）指示液的密度(mìdù)>被測液的密度(mìdù)3)毒性小，揮發(fā)性小。精品資料測壓原理(yuánlǐ):精品資料2)液封作用:1)防止氣體的泄漏起封閉(fēngbì)作用;2)防止氣體倒流起止逆作用;3)有時可防止設(shè)備超壓起泄壓作用.精品資料2.4流體(liútǐ)流動過程中的物料衡算1、流量(liúliàng)和流速流量:單位時間通過導(dǎo)管任一截面的流體量。體積流量(V)，單位：m3/s或m3/h質(zhì)量流量(m)，單位：kg/s或kg/h兩者的關(guān)系：精品資料流速(liúsù)：單位時間內(nèi)流體在導(dǎo)管內(nèi)所經(jīng)過的距離，單位：m/s,用表示．精品資料２、粘度(zhāndù)流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性，衡量粘性大小(dàxiǎo)的物理量稱為粘度?；蚓焚Y料牛頓粘性(zhānxìnɡ)定律單位(dānwèi)面積上的內(nèi)摩擦力（也稱剪切力）垂直于流體運(yùn)動方向的速度變化率精品資料粘度系數(shù)，簡稱(jiǎnchēng)粘度單位(dānwèi)(SI)：CGS制:P(泊)對氣體：溫度、壓力、密度增加，粘度增加;對液體：溫度增加，粘度減??；壓力增加，粘度變化不大精品資料3、穩(wěn)定(wěndìng)流動和不穩(wěn)定(wěndìng)流動溢流(yìliú)精品資料流體在管道或設(shè)備流量、流速和壓力等有關(guān)物理參數(shù)都不隨時間變化而變化，只隨空間位置的改變而變化，這種流動稱為(chēnɡwéi)穩(wěn)定流動。只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則稱為(chēnɡwéi)不穩(wěn)定流動。精品資料4、流體(liútǐ)流動的類型層流的特點(diǎn)：1）流體質(zhì)點(diǎn)作一層滑過一層的位移；2）流體的流速沿?cái)嗝?duànmiàn)按拋物線分布；3）管中的平均流速為最大流速的1/2。精品資料湍流(tuānliú)的特點(diǎn)：1）流體質(zhì)點(diǎn)有劇烈的湍動；2）流體的流速沿?cái)嗝?duànmiàn)按塞形分布；3）管中的平均流速為最大流速的0.8.精品資料精品資料5、雷諾數(shù)精品資料圓直管中，層流(cénɡliú)湍流(tuānliú)精品資料管徑的計(jì)算(jìsuàn)1）長方形管：2）對圓環(huán)形(huánxínɡ)管：3）對于圓形管：精品資料6、流體穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程(fāngchéng)（物料衡算）液體(yètǐ)：則精品資料2.5流體流動過程(guòchéng)中的能量衡算1、流體流動時的能量(néngliàng)形式位能：流體因距所選的基準(zhǔn)面有一定距離，由于重力的作用而具有的能量．mgZ動能：流體因流動而具有的能量．

精品資料靜壓能：克服(kèfú)靜壓能所做的功＝精品資料２、理想流體流動(liúdòng)過程中的能量衡算對1-1截面(jiémiàn)對2-2截面精品資料兩邊(liǎngbiān)同除mg得：理想流體的伯努力(nǔlì)方程精品資料３、伯努力(nǔlì)方程的意義和適用范圍意義：1）理想流體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時，導(dǎo)管任一截面的總能量或總壓頭(yātóu)為一常數(shù)；2）機(jī)械能中各項(xiàng)可相互轉(zhuǎn)化。精品資料對實(shí)際(shíjì)流體，適用于液體(yètǐ)、壓力變化比較小的氣體精品資料4、伯努力方程應(yīng)用(yìngyòng)舉例例2高位水槽水面距出水管凈垂直距離為6.0m,出水管為,管道(guǎndào)較長,流動過程中的壓頭損失為5.7mH2O,試求每小時可輸送的水量(m3).精品資料例3已知R=40mmH2O,如圖求空氣(kōngqì)的流量.精品資料例4某化工廠用泵將堿液池的液堿輸送到至吸收塔頂,經(jīng)噴嘴噴出,如圖.泵的進(jìn)口管為mm的鋼管.堿在進(jìn)口管中的流速為1.5m/s,進(jìn)口管為的鋼管.儲液池中堿液深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴上方(shànɡfānɡ)入口處的垂直距離為20m,堿液經(jīng)管系的摩擦阻力損失為30J/kg,堿液經(jīng)噴嘴的壓力為0.3at(表壓）,而堿液的密度為1100kg/m3,設(shè)泵的效率為65%,試求泵所需的功率.精品資料圖4圖5精品資料例5某車間用壓縮空氣輸送98%的濃硫酸.每批壓送量為0.5m3.要求15min內(nèi)押送完畢.押送用鋼管為,管子出口離酸槽液面上的垂直距離為16m,輸送過程硫酸的溫度為293K,損失能量為10J/kg.試求開始押送時壓縮空氣的表壓(管路中沒有(méiyǒu)外加功).精品資料例6、已知循環(huán)量為36m3/h，B→A之間的阻力為∑hf49J/kg，A→B之間的阻力為∑hf98.1J/kg,管徑相同(xiānɡtónɡ)求(1)若A處的壓強(qiáng)為0.25MPa時，B處的壓強(qiáng)為多少？（2）泵對流體所提供的能量。精品資料例7、如圖所示,20℃的水在內(nèi)徑為100mm的垂直光滑管中流動，當(dāng)閘閥K關(guān)閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數(shù)差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.05kg/cm2,求(1)判斷水在管中的流動方向(fāngxiàng)。(2)計(jì)算A、截面之間的摩擦阻力損失。（3）估算管內(nèi)水的體積流量。精品資料注意(zhùyì):1）水平基準(zhǔn)面的選擇(xuǎnzé)；2）截面的選擇(xuǎnzé)；3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。精品資料2.6流體流量(liúliàng)的測定1、孔板流量計(jì)精品資料根據(jù)(gēnjù)連續(xù)性方程（1）（2）精品資料（2）代入（1）且則令C0孔流系數(shù)(xìshù)，A0開孔的面積精品資料精品資料精品資料2、轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)流量計(jì)轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的凈重力流體的上推力平衡時精品資料2.7實(shí)際流體流動(liúdòng)時的阻力1、流體(liútǐ)阻力的表現(xiàn)精品資料2、阻力計(jì)算(jìsuàn)的通式連續(xù)(liánxù)穩(wěn)流時若令則精品資料該式為阻力(zǔlì)通式，也稱Finning公式3、沿程阻力(zǔlì)計(jì)算f稱為沿程阻力系數(shù)，8f稱為摩擦系數(shù)精品資料1）直管阻力(zǔlì)計(jì)算穩(wěn)定(wěndìng)流動時精品資料精品資料與通式比較可知(kězhī)層流時精品資料2）湍流時阻力(zǔlì)系數(shù)的計(jì)算方法用基本(jīběn)單位表示的物理量稱為基本(jīběn)物理量，它的表達(dá)式稱為因次式，物理量中的各個指數(shù)稱為因子。壓強(qiáng)的因次式：（A）精品資料（1）（2）（3）從（1）、（2）、（3）得精品資料代入（A）式（B）（C）B與C比較(bǐjiào)得精品資料精品資料光滑(guānghuá)管：1）層流(cénɡliú)：2）過渡流：3）湍流區(qū)：4）阻力平方區(qū)：f與雷諾數(shù)無關(guān)精品資料3）局部阻力(zǔlì)計(jì)算（1）阻力(zǔlì)系數(shù)法（2）當(dāng)量長度法精品資料例7如圖從水箱接出一管路(ɡuǎnlù)。若已知d1=150mm,l1=25m,8f1=0.037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.039,閘閥的開度為1/2，水箱內(nèi)的水面維持不變，需要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,(2)局部阻力損失,(3)總的壓頭損失.精品資料2.8阻力計(jì)算(jìsuàn)的應(yīng)用1、烏氏粘度計(jì)的原理(yuánlǐ)設(shè)a-b間的體積為V，毛細(xì)管管徑為d，流體完全流過毛細(xì)管的時間為t，則流速為(1)(2)精品資料(3)精品資料(4)(4)代入（3）得該式為烏氏粘度計(jì)的計(jì)算公式。精品資料或精品資料2、球形顆粒在流體(liútǐ)中運(yùn)動時的阻力在流體繞過顆粒(kēlì)前后的能量守恒定律為：精品資料形狀阻力(zǔlì)系數(shù)為精品資料因此液體繞過顆粒前后產(chǎn)生(chǎnshēng)的壓差為：精品資料3、形狀(xíngzhuàn)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系流體(liútǐ)繞過顆粒時：精品資料精品資料4、顆粒(kēlì)重力沉降時的受力分析精品資料(1)顆粒(kēlì)自由沉降時：F1=F2+F3精品資料(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式(gōngshì)精品資料2.9流體的輸送(shūsònɡ)機(jī)械輸送液體(yètǐ)的機(jī)械稱為泵,輸送氣體的機(jī)械稱為鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī).按工作原理分類:(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復(fù)泵、往復(fù)壓縮機(jī)、齒輪泵等。(2)利用高速轉(zhuǎn)動的葉輪給流體動能,如離心泵、離心壓縮機(jī)等。(3)其它類型的泵，如噴射泵。精品資料1、離心泵的構(gòu)造(gòuzào)精品資料葉輪(yèlún)、蝸狀殼體工作葉輪(yèlún)、泵軸、排出口、吸入口精品資料2、工作(gōngzuò)原理啟動前，泵殼先充滿液體。液體由于葉輪的旋轉(zhuǎn)獲得靜壓能和動能。當(dāng)泵中心的液體進(jìn)入(jìnrù)泵殼內(nèi)時，由于流道變寬，液體的流速下降而使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。于是具有較高靜壓能的液體到達(dá)出口并排出。泵中心由于液體被拋出形成一定的真空度，而泵吸入管外儲槽液面的壓強(qiáng)比中心大，在這種壓強(qiáng)差的推動下，儲槽內(nèi)的液體源源不斷地被吸入泵內(nèi)。補(bǔ)充被排出的液體。精品資料氣縛現(xiàn)象(xiànxiàng)3、離心泵的主要(zhǔyào)性能參數(shù)1）揚(yáng)程：由泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量決定。2）流量：單位時間內(nèi)泵所輸送的流體的體積量。3）功率：單位：