化工基礎(chǔ)動量傳遞實(shí)用課件

化工基礎(chǔ)第章動量傳遞2.1基本概念1、理想流體和實(shí)際流體理想流體：不具有粘性，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。2、流體的密度定義：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)液體的密度:用比重計法測定.工程上液體的比重用[S]T277

表示,是無因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液體混合物的密度氣體的密度混合氣體的密度：方法1方法23、流體的連續(xù)性把流體看作是由無數(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。4、壓強(qiáng)1）定義：垂直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

拋出形成一定的真空度，而泵吸入管外儲槽液不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。(1)代入(2)得需要的氣蝕余量為:吸收塔頂,經(jīng)噴嘴噴出,如圖.(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復(fù)泵、往復(fù)3）當(dāng)液面上方的壓強(qiáng)變化工程上1kgf·cm-2定為1at定義：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。押送用鋼管為,管子出口離酸槽液1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；1）流體質(zhì)點(diǎn)有劇烈的湍動；質(zhì)量流量(m)，單位：kg/s或kg/h1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；真空度:低于當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐亓Φ淖饔枚哂械哪芰浚甿gZ(4)450mmHg（真空度）;該式為阻力通式，也稱Finning公式4、顆粒重力沉降時的受力分析符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;2)單位1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程上1kgf·cm-2

定為1at

3)壓強(qiáng)的表示方法絕對壓強(qiáng):用絕對零點(diǎn)為起點(diǎn)計算的壓強(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)請判斷下列壓強(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(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa

(1)>(2)>(3)>(4)>(5)2.2流體靜力學(xué)方程液體本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力為:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A整理得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:稱為流體靜力學(xué)方程工程上將單位重量的流體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，位壓頭和靜壓頭之和為常數(shù)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)；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。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，計算B、C上方的壓強(qiáng)。2.3流體靜力學(xué)應(yīng)用1、U型管壓差計指示液的要求：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>被測液的密度3)毒性小，揮發(fā)性小。測壓原理:2)液封作用:1)防止氣體的泄漏起封閉作用;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.使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。單位面積上的內(nèi)摩擦力（也稱剪切力）壓力增加，粘度變化不大（3）估算管內(nèi)水的體積流量。出水管為,管道較長,1）理想流體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時，導(dǎo)管任一截面1）揚(yáng)程：由泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量決定。(1)代入(2)得需要的氣蝕余量為:2）指示液的密度>被測液的密度H2為吸入高度(最高為10mH2O);要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,壓強(qiáng)為多少？（2）泵對流體所提供的能量。1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；(3)其它類型的泵，如噴射泵。6、流體穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程衡量粘性大小的物理量稱為粘度。顆粒自由沉降時：F1=F2+F3押送用鋼管為,管子出口離酸槽液P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。2）湍流時阻力系數(shù)的計算方法2.4流體流動過程中的物料衡算1、流量和流速流量: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：流速：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．２、粘度流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性，衡量粘性大小的物理量稱為粘度?；蚺ｎD粘性定律單位面積上的內(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粘度系數(shù)，簡稱粘度單位(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3、穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動溢流流體在管道或設(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，這種流動稱為穩(wěn)定流動。只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則稱為不穩(wěn)定流動。2）流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動也是連續(xù)的。表壓:用當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽槠瘘c(diǎn)的壓強(qiáng)不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則（物料衡算）5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量3、穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動壓縮機(jī)、齒輪泵等。壓強(qiáng)為多少？（2）泵對流體所提供的能量。3）管中的平均流速為最大流速絕對壓強(qiáng):用絕對零點(diǎn)為起點(diǎn)計算的壓強(qiáng)1）揚(yáng)程：由泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量決定。衡量粘性大小的物理量稱為粘度。吸收塔頂,經(jīng)噴嘴噴出,如圖.例2高位水槽水面距出對液體：溫度增加，粘度減??；3、形狀阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系1）理想流體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時，導(dǎo)管任一截面(1)>(2)>(3)>(4)>(5)儲槽內(nèi)的液體源源不斷地被吸入泵內(nèi)。4、流體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）流體的流速沿斷面按拋物線

分布；3）管中的平均流速為最大流速的1/2。湍流的特點(diǎn)：1）流體質(zhì)點(diǎn)有劇烈的湍動；2）流體的流速沿斷面按塞形

分布；3）管中的平均流速為最大流速的0.8.5、雷諾數(shù)圓直管中，層流湍流管徑的計算1）長方形管：2）對圓環(huán)形管：3）對于圓形管：答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;2）流體的流速沿斷面按拋物線溫度下液體的飽和蒸汽壓時，，液體將產(chǎn)生壓力增加，粘度變化不大在流體繞過顆粒前后的能量守恒定律為：1）揚(yáng)程：由泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量決定。1、理想流體和實(shí)際流體f稱為沿程阻力系數(shù)，8f稱為摩擦系數(shù)產(chǎn)生很大的沖擊力，加速葉輪的損壞，降低1）定義：垂直作用于單位面積上的力。2）機(jī)械能中各項(xiàng)可相互轉(zhuǎn)化。1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；H2為泵入口處的真空高度，5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量1)防止氣體的泄漏起封閉作用;若已知d1=150mm,啟動前，泵殼先充滿液體。流體在管道或設(shè)備流量、流速和壓力等有衡量粘性大小的物理量稱為粘度。(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復(fù)泵、往復(fù)6、流體穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程（物料衡算）液體：則2.5流體流動過程中的能量衡算1、流體流動時的能量形式位能：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．

靜壓能：克服靜壓能所做的功＝２、理想流體流動過程中的能量衡算對1-1截面對2-2截面兩邊同除mg得：理想流體的伯努力方程３、伯努力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為一常數(shù)；2）機(jī)械能中各項(xiàng)可相互轉(zhuǎn)化。對實(shí)際流體，適用于液體、壓力變化比較小的氣體4、伯努力方程應(yīng)用舉例例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).例3已知R=40mmH2O,如圖求空氣的流量.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.只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,流動過程中的壓頭損失為溫度下液體的飽和蒸汽壓時，，液體將產(chǎn)生定義：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。啟動前，泵殼先充滿液體。(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。1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；單位時間內(nèi)流體在導(dǎo)管內(nèi)所經(jīng)過的距離，3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。(1)代入(2)得需要的氣蝕余量為:1）水平基準(zhǔn)面的選擇；(1)>(2)>(3)>(4)>(5)動能：流體因流動而具有的能量．要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,衡量粘性大小的物理量稱為粘度。（3）估算管內(nèi)水的體積流量。不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。1）定義：垂直作用于單位面積上的力。絕對壓強(qiáng)=表壓+大氣壓圖4圖5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(管路中沒有外加功).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。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。(2)計算A、截面之間的摩擦阻力損失。（3）估算管內(nèi)水的體積流量。注意:1）水平基準(zhǔn)面的選擇；2）截面的選擇；3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。2.6流體流量的測定1、孔板流量計根據(jù)連續(xù)性方程（1）（2）（2）代入（1）且則令C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積2、轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子的凈重力流體的上推力平衡時2.7實(shí)際流體流動時的阻力1、流體阻力的表現(xiàn)2、阻力計算的通式連續(xù)穩(wěn)流時若令則該式為阻力通式，也稱Finning公式3、沿程阻力計算f稱為沿程阻力系數(shù)，8f稱為摩擦系數(shù)1）直管阻力計算穩(wěn)定流動時4流體流動過程中的物料衡算要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。關(guān)物理參數(shù)都不隨時間變化而變化，只隨工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,單位：Pa(N/m2)1）定義：垂直作用于單位面積上的力。1）不與被測流體相容，且不起化學(xué)反應(yīng)；mm的鋼管.3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量真空度:低于當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?）理想流體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時，導(dǎo)管任一截面表壓:用當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽槠瘘c(diǎn)的壓強(qiáng)答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;流體在管道或設(shè)備流量、流速和壓力等有3）管中的平均流速為最大流速(3)其它類型的泵，如噴射泵。3、形狀阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。(3)其它類型的泵，如噴射泵。與通式比較可知層流時2）湍流時阻力系數(shù)的計算方法用基本單位表示的物理量稱為基本物理量，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）使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,要求15min內(nèi)押送完畢.設(shè)a-b間的體積為V，毛細(xì)管管徑為d，流體05kg/cm2,求(1)判斷水在管中的流動方向。啟動前，泵殼先充滿液體。產(chǎn)生很大的沖擊力，加速葉輪的損壞，降低f稱為沿程阻力系數(shù)，8f稱為摩擦系數(shù)溫度下液體的飽和蒸汽壓時，，液體將產(chǎn)生度為293K,損失能量為10J/kg.(1)>(2)>(3)>(4)>(5)泵的揚(yáng)程和效率，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象”。只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則2）指示液的密度>被測液的密度體積流量(V)，單位：m3/s或m3/h體積流量(V)，單位：m3/s或m3/h的總能量或總壓頭為一常數(shù)；定義：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。1)防止氣體的泄漏起封閉作用;只要有一項(xiàng)是隨時間變化的，則3）壓強(qiáng)的單位兩邊要統(tǒng)一。（1）（2）（3）從（1）、（2）、（3）得代入（A）式（B）（C）B與C比較得光滑管：1）層流：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)3）局部阻力計算（1）阻力系數(shù)法（2）當(dāng)量長度法例7如圖從水箱接出一管路。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.2.8阻力計算的應(yīng)用1、烏氏粘度計的原理設(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)(3)(4)(4)代入（3）得該式為烏氏粘度計的計算公式。或2、球形顆粒在流體中運(yùn)動時的阻力在流體繞過顆粒前后的能量守恒定律為：形狀阻力系數(shù)為因此液體繞過顆粒前后產(chǎn)生的壓差為：3、形狀阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系流體繞過顆粒時：4、顆粒重力沉降時的受力分析(1)顆粒自由沉降時：F1=F2+F3(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式2.9流體的輸送機(jī)械輸送液體的機(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。1、離心泵的構(gòu)造葉輪、蝸狀殼體工作葉輪、泵軸、排出口、吸入口2、工作原理啟動前，泵殼先充滿