化工原理1.31.4流體流動概述及流動規(guī)律課件

1教學(xué)目的：重點(diǎn)難點(diǎn)：課型：1.3-1.4流體流動概述及流動規(guī)律根據(jù)物料衡算和能量衡算推導(dǎo)出連續(xù)性方程和柏努利方程，進(jìn)一步理解緒論中提出的化工中的基本規(guī)律，并討論它們在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。連續(xù)性方程和柏努利方程及其應(yīng)用理論知識課2定態(tài)流動(steadystate):流體流動的系統(tǒng)中，任一截面上流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，但進(jìn)水溢流υ=υNOTE：連續(xù)操作的化工生產(chǎn)中大多數(shù)流動屬于定態(tài)流動。恒位槽不隨時間而改變。空白空白1.3流體流動的基本規(guī)律3非定態(tài)流動(non-steadystate)=f(t)流動過程中任一截面上流體的性質(zhì)（如密度、粘度等）和流動參數(shù)（如流速、壓強(qiáng)等）隨時間而改變。NOTE:非定態(tài)流動時，若流動參數(shù)隨時間呈規(guī)律性的變化，在求算時用微分式子表達(dá)，用積分法求解。υ4一、流體定態(tài)流動過程的物料衡算

——連續(xù)性方程依據(jù)：質(zhì)量守恒定律前提：1、充滿導(dǎo)管作定態(tài)流動2、沒有累積或泄漏截面1截面2qm1=qm2（連續(xù)性方程）5導(dǎo)出：

分支管路：總管中的質(zhì)量流量為各支管質(zhì)量流量之和。qm=qv

?

=S?

u

?

S1?

u1?

1

=S2?u2?

2對不可壓縮性流體：

1

=

2總管支管1支管2（圓管）6例:

如附圖所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和兩段φ57×3.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9×10-3m/s的體積流量流動，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。123b3a附圖解：

管1的內(nèi)徑為則水在管1中的流速為

管2的內(nèi)徑為則水在管2中的流速為

又水在分支管路3a、3b中的流量相等，則有

即水在管3a和3b中的流速為

管3a及3b的內(nèi)徑為

7二、流體定態(tài)流動過程的能量衡算流體流動時所具有的機(jī)械能：E動=1/2m?u2E位=mgZ位能(potentialenergy):[J]動能(energyofmotion):[J]8壓力能(staticenergy):[J]質(zhì)量為m、體積為V1的流體，通過1截面所需的作用力F1=P1A1，流體推入管內(nèi)所走的距離V1/A1，故與此功相當(dāng)?shù)膲毫δ?/p>

壓力能=1kg的流體所具有的靜壓能為，其單位為J/kg。19內(nèi)能(internalenergy):是流體內(nèi)部大量分子運(yùn)動所具有的內(nèi)動能和分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能的總和。內(nèi)能數(shù)值的大小隨流體的溫度和比容的變化而變化。設(shè)1kg流體具有的內(nèi)能為U，其單位為J/kg

10理想流體(idealfluid)：是指不具有粘度，因而流動時不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。理想液體：不可壓縮、受熱不膨脹理想氣體：符合理想氣體方程pV=nRT1、理想流體能量衡算若流動過程中沒有熱量輸入，其溫度和內(nèi)能沒有變化，則理想流體流動時的能量衡算可以只考慮機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換。11截面1截面2依據(jù)：能量守恒定律E1=E2根據(jù)連續(xù)性方程：

m1=m2理想流體的柏努利(Bernoulli)公式理想流體[J][J?kg-1][m液柱]空對于不可壓縮性流體：

1=2理想流體能量衡算12工程上將單位重力的流體所具有的各種形式的能量統(tǒng)稱為壓頭(head)。Z位壓頭(potentialhead)；u2/2g動壓頭(dynamichead)；p/g壓力頭(statichead)13Bernoulli方程的物理意義1、理想流體在導(dǎo)管中作定態(tài)流動時，導(dǎo)管任一截面的總能量或總壓頭為一常數(shù)。2、能量在不同形式間可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)某一形式的壓頭的數(shù)值因條件而發(fā)生變化時，相應(yīng)地引起其他壓頭的數(shù)值的變化。結(jié)論：流體的流動過程實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程。流體得以流動的必要條件是系統(tǒng)兩端有壓強(qiáng)差或位差。142、實(shí)際流體流動過程的能量衡算實(shí)際流體的Bernoulli方程實(shí)際流體與理想流體的主要區(qū)別：？實(shí)際流體流動時存在摩擦阻力∑hfHeHf每牛頓流體流動時因阻力而消耗的能量，單位m外界加于每牛頓流體的能量，單位mHeWe++∑Hf153、Bernoulli方程的應(yīng)用Bernoulli方程在工程上用以計算流體的流速或流量、流體輸送所需的壓頭和功率以及有關(guān)流體流動方面的問題。1、作圖：根據(jù)題意畫出示意圖，注明有關(guān)參數(shù)；2、選截面：正確選取截面，以確定衡算范圍；

截面選取必須具備的條件：與流體流動方向垂直；兩截面間的流體是連續(xù)的；截面應(yīng)包括題目所給的已知和未知條件3、選基準(zhǔn)水平面：任意選取，但常將它與一個截面重合，計算方便。若截面不是水平面，則以中心線進(jìn)行計算。4、單位要一致：統(tǒng)一使用SI單位；壓強(qiáng)的表示方法要一致。NOTE：16例1設(shè)備間相對位置的計算從高位槽向塔內(nèi)進(jìn)料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液管為φ45×2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.2m（不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進(jìn)料口多少米？？

p1=0Pa（表壓）；p2=0Pa（表壓）17例2管路某截面處的壓力的確定某車間用壓縮空氣送20℃的濃硫酸。要求輸送量為0.036m3.min-1，管徑為Ф383mm，設(shè)濃硫酸流經(jīng)全部管路的能量損失為1.22J.N-1（不包括出口的能量損失），試求壓縮空氣的壓力為多少？15m11’22’壓縮空氣？18例1-13管路某截面處的壓力19習(xí)題

流體輸送設(shè)備所需功率的計算習(xí)題用泵將堿液槽中的堿液抽往吸收塔頂，經(jīng)噴頭噴出作吸收劑用。泵的汲入管內(nèi)徑為70mm，壓出管為內(nèi)徑為50mm

。堿液在噴頭口前的靜壓強(qiáng)按壓力指示表為0.3kgf?cm-2(表壓)，密度為1100kg?m-3。輸送系統(tǒng)中壓頭損失為3米，堿液柱計劃送液量為25t?h-1。若泵的效率為55%，試求泵所需的功率。1.5m16m解：HfHe？12基準(zhǔn)面υ1=0m?s-1；υ2=qv/A2=qm/A2?

P1=0Pa(表壓)；Hf=3mP2=0.3kgf?cm-2=----Pa(表壓)輸送所需理論功率（J?S-1）：Ne=He

?g?qm實(shí)際需功率：Na=Ne/

20例1-12計算輸送機(jī)械的有效功率有效功率：輸送機(jī)械在單位時間內(nèi)所作的有效功稱為有效功率，用下式計算

21計算流體的輸送量6m解：V?v截面1截面2HfHe基準(zhǔn)水平面h=0mh1=p1=p2=

1=2=水為不可壓縮性流體υ10m?s-1He=0mH2O；Hf=5.7mH2O0Pa（表壓）6mh2=0m，？qv=A2?

υ2=υ2?

d2/4習(xí)題高位水槽水面距出水管凈垂直距離為6.0m,出水管內(nèi)徑為50mm,管道較長,流動過程的壓頭損失為5.7米水柱,試求每小時可輸送水量m3。22Bernoulli方程的應(yīng)用舉例習(xí)題噴射泵中水流量為10t?h-1，入口靜壓強(qiáng)為1.5kgf?cm-2（表壓），進(jìn)口管內(nèi)徑53mm，噴嘴口內(nèi)徑13mm，試求該噴射泵理論上能形成的真空度。設(shè)當(dāng)時外界大氣壓為101.3kPa，噴嘴很短，且忽略水流動時的摩擦阻力。解：HfHe12噴嘴很短，h1-h20？υ=qv/A壓強(qiáng)用絕對壓表示：P1=1.598.1+101.3=248.5kPa=0按流動時沒有摩擦阻力考慮，Hf=0

P2=30.9kPa(