流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)-流體流動(dòng)的基本知識(shí)

基本化工生產(chǎn)技術(shù)課程項(xiàng)目二流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)靜態(tài)流體的特點(diǎn)01任務(wù)三流體流動(dòng)的基本知識(shí)點(diǎn)流量方程式02穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算03穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程04流體阻力05靜態(tài)流體的特點(diǎn)子任務(wù)一靜態(tài)流體的特點(diǎn)

——靜態(tài)液體的特點(diǎn)流體靜力學(xué)：研究靜止流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。液體氣體流體流體：指具有流動(dòng)性的物體工程上可按不可壓縮性流體考慮屬于可壓縮性流體流體壓縮性：流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的性質(zhì)靜態(tài)流體的特點(diǎn)

——流體靜力學(xué)基本方程設(shè)：敞口容器內(nèi)盛有密度為

的靜止流體，取任意一個(gè)垂直流體液柱，上下底面積均為Am2。作用在上、下端面上并指向此兩端面的壓力，分別為P1和P2

該液柱在垂直方向上受到的作用力有:（1）作用在液柱上端面上的總壓力P1

P1=p1A（N）（2）作用在液柱下端面上的總壓力P2

P2=p2A（N）（3）作用于整個(gè)液柱的重力G

G=gA（Z1-Z2）（N）靜態(tài)流體的特點(diǎn)

——流體靜力學(xué)基本方程由于液柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，在垂直方向上的三個(gè)作用力的合力為零，即：p1A+

gA（Z1-Z2）-–p2A=0

令：h=（Z1-Z2）整理得：p2=p1+

gh

若將液柱上端取在液面，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為p0

；則：p0=p1+

gh以上二式均稱(chēng)為流體靜力學(xué)基本方程式，它闡明了靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)流體靜壓力的大小與其位置的關(guān)系。即：靜止流體內(nèi)部某一點(diǎn)的壓強(qiáng)等于作用在其上方的壓強(qiáng)加上液柱的重力壓強(qiáng)。靜態(tài)流體的特點(diǎn)

——靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程討論123456在靜止的液體中，液體任一點(diǎn)的壓力與液體密度和其深度有關(guān)。ρ

;h

;p

在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力均相等。此壓力相當(dāng)?shù)拿妫Q(chēng)為等壓面。當(dāng)液體上方的壓力有變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也發(fā)生同樣大小的變化壓強(qiáng)差的大小也可利用一定高度的液體柱來(lái)表示方程是以不可壓縮流體推導(dǎo)出來(lái)的，對(duì)于可壓縮性的氣體，只適用于壓強(qiáng)變化不大的情況靜態(tài)流體的特點(diǎn)

——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1、測(cè)量流體的壓差或壓力①U管壓差計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖，使用時(shí)內(nèi)裝指示液。對(duì)指示液的要求：指示液要與被測(cè)流體不互溶，不起化學(xué)作用，且其密度應(yīng)大于被測(cè)流體的密度。通常采用的指示液有：水、油、四氯化碳或汞等。靜態(tài)流體的特點(diǎn)——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1、測(cè)量流體的壓差或壓力②原理：等壓面上的A點(diǎn)和B點(diǎn)壓力應(yīng)相等（）設(shè)流體作用在兩支管口的壓力為和，且

，

A-B截面為等壓面根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式分別對(duì)U管左側(cè)和U管右側(cè)進(jìn)行計(jì)算整理得：

靜態(tài)流體的特點(diǎn)——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1、測(cè)量流體的壓差或壓力1壓差（P1-P2)只與指示液的讀數(shù)R及指示液同被測(cè)流體的密度差有關(guān)23討論若壓差△p一定時(shí)，（）越小，讀數(shù)R越大，誤差較小若被測(cè)流體為氣體，氣體的密度僅為液體密度的千分之一左右，即靜態(tài)流體的特點(diǎn)——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1、測(cè)量流體的壓差或壓力③應(yīng)用測(cè)量壓力差U形管兩端分別與測(cè)壓點(diǎn)相連測(cè)量表壓U形管一端大氣，一端被測(cè)流體圖1-4測(cè)量表壓圖1-5測(cè)量真空度靜態(tài)流體的特點(diǎn)——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1、液位的測(cè)量圖1-7玻璃液位計(jì)圖1-8液柱壓差計(jì)液位的測(cè)量玻璃管液面計(jì)液柱壓差計(jì)靜態(tài)流體的特點(diǎn)——靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用3、液封高度的計(jì)算1做圖2找等壓面3單位一致靜態(tài)流體的特點(diǎn)——小結(jié)靜態(tài)流體的特點(diǎn)12靜力學(xué)方程及應(yīng)用基本化工生產(chǎn)技術(shù)課程項(xiàng)目二流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)靜態(tài)流體的特點(diǎn)01任務(wù)三流體流動(dòng)的基本知識(shí)點(diǎn)流量方程式02穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算03穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程04流體阻力05流量方程式子任務(wù)二流量方程式及其應(yīng)用——流量1、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱(chēng)為流體的流量流量體積流量質(zhì)量流量流量方程式及其應(yīng)用——流量（1）體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體體積，稱(chēng)為體積流量符號(hào)：qv單位：m3/s或m3/h液體：qv=f（T）氣體：qv=f（T,p）流量方程式及其應(yīng)用——流量（2）質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體質(zhì)量，稱(chēng)為質(zhì)量流量符號(hào)：q單位：kg/s或kg/h質(zhì)量流量與T和P無(wú)關(guān)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系為：流量方程式及其應(yīng)用——流速2、流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向流過(guò)的距離，稱(chēng)為流速流速平均流速質(zhì)量流速流量方程式及其應(yīng)用——流量（1）平均流速：流體在同一截面上各點(diǎn)流速的平均值符號(hào)：u單位：m/s流速與流量的關(guān)系：或者：流量方程式及其應(yīng)用——流量（2）質(zhì)量流速：質(zhì)量流量與管道截面積之比稱(chēng)為質(zhì)量流速符號(hào)：G單位：kg/（m2·s）質(zhì)量流速的物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道單位截面積的流體質(zhì)量。流量方程式及其應(yīng)用——流量方程式

1、流量和流速——流量方程式1

d

u

，阻力

,動(dòng)力消耗

,日常操作費(fèi)用

;，設(shè)備費(fèi)

；反之，u

，d

，阻力

,動(dòng)力消耗

日常操作費(fèi)用

;，設(shè)備費(fèi)

2討論選定適宜流速確定管徑，以總費(fèi)用最小為原則流量方程式及其應(yīng)用——管徑的選取管徑選取的步驟1選取的適宜流速U計(jì)2初算管子內(nèi)徑d計(jì)3按標(biāo)準(zhǔn)選定管子內(nèi)徑d4校和實(shí)際流速u(mài)5代入單位均為法定單位流量方程式及其應(yīng)用——小結(jié)流量的定義及計(jì)算12流速的定義及計(jì)算3流量方程式基本化工生產(chǎn)技術(shù)課程項(xiàng)目二流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)靜態(tài)流體的特點(diǎn)01任務(wù)三流體流動(dòng)的基本知識(shí)點(diǎn)流量方程式02穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算03穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程04流體阻力05穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算子任務(wù)三穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——穩(wěn)定與不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)流動(dòng)系統(tǒng)中流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量?jī)H隨位置而改變，而不隨時(shí)間而改變流體在流動(dòng)時(shí)，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而改變，而且也隨時(shí)間發(fā)生變化穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——連續(xù)性方程式衡算范圍：截面1-1與截面2-2的管段衡算基準(zhǔn)：1S衡算對(duì)象：連續(xù)流動(dòng)的流體對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)：穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——連續(xù)性方程式或者：即，流速與截面積成反比1、若流體是不可壓縮性的液體，其密度不變，則穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——連續(xù)性方程式即，流速與管徑的平方成反比2、對(duì)于圓形截面的管子，則穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——連續(xù)性方程式因氣體可壓縮，可變化，固不可忽略3、流體為氣體，則穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算——小結(jié)穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)12連續(xù)性方程式基本化工生產(chǎn)技術(shù)課程項(xiàng)目二流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)靜態(tài)流體的特點(diǎn)01任務(wù)三流體流動(dòng)的基本知識(shí)點(diǎn)流量方程式02穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算03穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程04流體阻力05穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程子任務(wù)四流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程1、流體流動(dòng)時(shí)所具有的機(jī)械能流體流動(dòng)時(shí)所具有的機(jī)械能位能動(dòng)能靜壓能外加能量損失能量流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（1）位能：由于流體幾何位置的高低而決定的能量。位能是一個(gè)相對(duì)值，其大小隨所選基準(zhǔn)水平面的位置而定。mkg流體的位能=mgz單位：J1kg流體的位能=zg單位：J/kg1N流體的位能=z單位：J/N流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（2）動(dòng)能：由于流體有一定流速具有的能量。mkg流體的動(dòng)能=mu2/2單位：J1kg流體的動(dòng)能=u2/2

單位：J/kg1N流體的動(dòng)能=u2/2g

單位：J/N流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（3）靜壓能：流體克服截面上的壓力而作的功，即由于流體有一定靜壓力而具有的能量。mkg流體的靜壓能=mp

/2單位：J1kg流體的靜壓能=p/單位：J/kg1N流體的靜壓能=u2/2g單位：J/N流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程mkg流體的總機(jī)械能：1kg流體的總機(jī)械能：1N流體的總機(jī)械能：?jiǎn)挝唬篔單位：J/kg單位：J/N流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（4）外加能量：1kg流體從輸送機(jī)械所獲得的機(jī)械能。用

表示

單位：J/kg1N流體的外加能量：?jiǎn)挝唬篔/N流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（5）損失能量：1kg流體克服兩截面間各項(xiàng)阻力所消耗的能量1N流體的損失能量：?jiǎn)挝唬篔/N用

表示

單位：J/kg流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程以單位質(zhì)量（1Kg）流體為衡算基準(zhǔn):單位：J/kg2、流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程（1）若輸送無(wú)黏性、流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生摩擦阻力的理想流體時(shí)3、柏努利方程的分析及討論物理意義:①理想流體進(jìn)行穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，在管路任一截面的流體總機(jī)械能是一個(gè)常數(shù)。②流體在不同截面間各種機(jī)械能的形式可以互相轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化前后總能量是守恒的。流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論流體自然流動(dòng)時(shí)只能從機(jī)械能較高的截面流向機(jī)械能較低的截面。（2）若且即流體自然流動(dòng)流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論或（3）若流體靜止且流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論（4）若才單位重量（1N）流體為衡算基準(zhǔn)：式中各項(xiàng)單位為：流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論（5）以單位體積流體為衡算基準(zhǔn)：式中各項(xiàng)單位為：流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論（6）輸送機(jī)械的有效功率及效率：有效功率為：效率為：流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程3、柏努利方程的分析及討論（7）對(duì)于氣體，當(dāng)時(shí)，仍可使用式中的流體密度應(yīng)以?xún)山孛嬷g流體的平均密度代替流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程4、應(yīng)用柏努利方程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍位能基準(zhǔn)面的選取：必須與地面平行，宜于選取兩截面中位置較低的截面截面的選取：與流體的流動(dòng)方向相垂直，兩截面間流體應(yīng)是穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓如果兩個(gè)橫截面積相差很大，則可取大截面處的流速為零。不同基準(zhǔn)柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習(xí)題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準(zhǔn)的柏努利方程。123456流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算——柏努利方程5、柏努利方程的解題步驟：123做圖并正確選取截面列方程式并簡(jiǎn)化方程代入已知條件，求解未知量靜態(tài)流體的特點(diǎn)——小結(jié)柏努利方程時(shí)的注意事項(xiàng)12柏努利方程式的解題步驟基本化工生產(chǎn)技術(shù)課程項(xiàng)目二流體輸送設(shè)備的工作過(guò)程及操作技術(shù)靜態(tài)流體的特點(diǎn)01任務(wù)三流體流動(dòng)的基本知識(shí)點(diǎn)流量方程式02穩(wěn)定流動(dòng)及物料衡算03穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算——柏努利方程04流體阻力05流體阻力子任務(wù)五流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度1、流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源（1）阻力的表現(xiàn)由兩截面間的柏努利方程式可得：即：流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度1、流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源（2）流體阻力的來(lái)源1、內(nèi)摩擦是產(chǎn)生流體阻力的根本原因2、流體流動(dòng)狀況是產(chǎn)生流體阻力的第二位原因管壁粗糙程度和管子的長(zhǎng)度、直徑均對(duì)流體阻力的大小有影響流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度2、流體的黏度黏性：流體流動(dòng)時(shí)流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種特性，稱(chēng)為黏性。黏性是決定流體內(nèi)摩擦力大小的物理量。黏性↑、內(nèi)摩擦力↑、流體阻力↑黏度：衡量流體黏性大小的物理量。（黏性系數(shù)或動(dòng)力黏度）符號(hào)：

流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度（1）黏度的單位物理單位制：（dyn·s/cm2），稱(chēng)為（泊），符號(hào)：P黏性是決定流體內(nèi)摩擦力大小的物理量。黏性↑、內(nèi)摩擦力↑、流體阻力↑由于泊的單位太大，一般常用的是厘泊（cP）。1P＝100cPSI制中：（N·s/m2）或（Pa·s）流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度（1）黏度的單位物理單位制中黏度的單位與SI制中黏度單位的換算關(guān)系如下：

1Pa·s=10P=1000cP=1000mPa·s或者1cP=1mPa·s流體的黏度隨溫度而變化。壓力對(duì)流體黏度的影響可忽略不計(jì)。

液體:

T↑，

↓。氣體：T↑，

↑。

流體阻力——流體的黏度一、流體的黏度3、運(yùn)動(dòng)黏度運(yùn)動(dòng)黏度：粘度μ與密度ρ的之比流體阻力——流體流動(dòng)的類(lèi)型二、流體流動(dòng)的類(lèi)型1、雷諾實(shí)驗(yàn)流體阻力——流體流動(dòng)的類(lèi)型二、流體流動(dòng)的類(lèi)型2、流體類(lèi)型及其判定流體的流動(dòng)類(lèi)型層流（或帶流）湍流（或紊流）流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；即分層流動(dòng)。流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。流體阻力——流體流動(dòng)的類(lèi)型二、流體流動(dòng)的類(lèi)型2、流體類(lèi)型及其判定流動(dòng)類(lèi)型判定依據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)物理意義：反映了影響流體流動(dòng)類(lèi)型的主要因素，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度流動(dòng)類(lèi)型層流區(qū)Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流湍流區(qū)Re≥4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流過(guò)渡區(qū)2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流流體阻力——圓管內(nèi)流體的速度分布三、圓管內(nèi)流體的速度分布1、層流時(shí)的速度分布流體阻力——圓管內(nèi)流體的速度分布三、圓管內(nèi)流體的速度分布2、湍流時(shí)的速度分布流體阻力——圓管內(nèi)流體的速度分布三、圓管內(nèi)流體的速度分布3、流體邊界層：在湍流時(shí)無(wú)論流體主體湍動(dòng)的程度如何劇烈，在靠近管壁處總粘附著一層作層流流動(dòng)的流體薄層其厚度雖然很小，但對(duì)流體傳熱、傳質(zhì)等方面影響很大。層流邊界層的厚度與Re有關(guān)，Re值越大，厚度越??；反之越大。流體阻力——流體阻力的計(jì)算四、流體阻力的計(jì)算直管阻力流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。（或稱(chēng)沿程阻力）