食品工程原理 流體流動(dòng)1.2

1.2不可壓縮流體穩(wěn)定流動(dòng)能量衡算

—伯努利方程化工生產(chǎn)中，大部分情況為穩(wěn)定流動(dòng)（稱正常狀態(tài)），而一般在開(kāi)、停工時(shí)為不穩(wěn)定狀態(tài)。所以本章只討論不可壓縮流體的穩(wěn)定流動(dòng)。

一、不可壓縮流體的能量衡算一、不可壓縮流體的能量衡算（1）位能：質(zhì)量為m的流體距基準(zhǔn)水平面高度為z時(shí)的位能為mgz。單位為J。一、不可壓縮流體的能量衡算（2）動(dòng)能：質(zhì)量為m，流速為u的流體所具有的動(dòng)能為

。單位為J。(3)靜壓能(壓強(qiáng)能)：

將流體壓入流體某截面對(duì)抗前方流體的壓力所做的功。靜壓能單位：質(zhì)量為m，體積為V，壓力為p的流體截面處的力F=p.A流體前行的距離：l=V/A流體進(jìn)入該截面所需功：F.l=pV一、不可壓縮流體的能量衡算(4)外功：由流體輸送設(shè)備(泵或壓縮機(jī)等)向流體作功,流體便獲得了相應(yīng)的機(jī)械能，稱為外功或有效功。單位質(zhì)量(1kg)流體所獲得的外加機(jī)械能，以w表示，單位為J/kg。對(duì)質(zhì)量m的功為W。一、不可壓縮流體的能量衡算(5)內(nèi)能：流體分子內(nèi)部具有的能量對(duì)單位質(zhì)量(1kg)流體所具有的內(nèi)能以e表示，單位為J/kg。質(zhì)量m的內(nèi)能為U。（6）熱量：換熱器向1kg流體提供的熱量為q

(J/kg)。對(duì)質(zhì)量m交換熱量為Q。

一、不可壓縮流體的能量衡算衡算范圍：1-1′、2-2′截面以及管內(nèi)壁所圍成的空間衡算基準(zhǔn)：mkg流體基準(zhǔn)面：0-0′水平面質(zhì)量為m

的流體能量衡算一、不可壓縮流體的能量衡算單位質(zhì)量流體能量衡算比容/比體積穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算方程一、不可壓縮流體的能量衡算單位質(zhì)量流體

能量衡算比容/比體積穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程的總能量衡算方程焓h：熱力學(xué)概念，壓力一定的情況下，衡量一個(gè)系統(tǒng)的能量多少的指標(biāo)。J/kg一、不可壓縮流體的能量衡算121.機(jī)械能的轉(zhuǎn)換與損失上式中所包括的能量機(jī)械能動(dòng)能位能壓力能（流動(dòng)功）外功內(nèi)能和熱對(duì)于單純的流體流動(dòng)，體系與外界沒(méi)有熱交換，q=0。由于流體的黏性作用，流體輸送過(guò)程中還消耗部分機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)化為流體的內(nèi)能，這部分稱為摩擦損失或水頭損失。1.機(jī)械能的轉(zhuǎn)換與損失J/kgJ/N、m壓頭、揚(yáng)程單位質(zhì)量流體摩擦損失單位重量流體摩擦損失工程伯努利(Bernoulli)方程2.理想流體的伯努利方程對(duì)于理想流體的流動(dòng)，無(wú)外功加入。理想流體伯努利(Bernoulli)方程3.流體靜力學(xué)方程若流體處于靜止說(shuō)明伯努利方程既表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律。3.流體靜力學(xué)方程常數(shù)等壓面靜力學(xué)基本方程式可改寫(xiě)為因此，壓差的大小可用一定的液柱高度來(lái)表示應(yīng)注意，液柱高度表示壓差大小時(shí)必須指明是何種液體。3.流體靜力學(xué)方程19靜力學(xué)方程式僅適用于連通著的同一種連續(xù)的不可壓縮靜止流體。3.流體靜力學(xué)方程例:P0>P1>P2P1=?P2=?如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復(fù)式壓力計(jì)，指示液為水銀，兩U形壓差計(jì)間充滿水。相對(duì)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=2.5m。試計(jì)算鍋爐內(nèi)水面上方的蒸汽壓力。U形壓差計(jì)設(shè)指示液的密度為ρ0，被測(cè)流體的密度為ρ。A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’所以整理得若被測(cè)流體是氣體，，則有指示液的選取指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；指示液密度要大于被測(cè)流體密度。

應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。

常用指示液:汞、四氯化碳、水、液體石蠟4．伯努利方程的應(yīng)用利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：確定管道中流體的流量確定容器間的相對(duì)位置確定管道中流體的壓力確定輸送設(shè)備的有效功率測(cè)定流體流經(jīng)管道時(shí)的能量損失（1）根據(jù)題意繪制流動(dòng)系統(tǒng)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。選取截面與流體的流動(dòng)方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)是穩(wěn)態(tài)連續(xù)流動(dòng)；截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。伯努利方程使用步驟（3）各物理量的單位應(yīng)保持一致,推薦采用SI制，使結(jié)果簡(jiǎn)化。壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。（4）如果兩個(gè)橫截面積相差很大，如大截面容器和