第一章 流體流動(dòng)化

1、1第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理2概述概述化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)物質(zhì)的三種常規(guī)聚集狀態(tài)物質(zhì)的三種常規(guī)聚集狀態(tài)：固體、液體和氣體：固體、液體和氣體分子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)分子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)給分子以動(dòng)能使給分子以動(dòng)能使之趨于飛散之趨于飛散 分子間相互作用力分子間相互作用力以勢(shì)能的作用使以勢(shì)能的作用使之趨于團(tuán)聚之趨于團(tuán)聚 3概述概述化工原理化工原理 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)一、一、流體流體氣體及液體氣體及液體二、二、流體特性流體特性1.1.流動(dòng)性：抗剪抗張能力都很小流動(dòng)性：抗剪抗張能力都很小 3.3.連續(xù)性：由無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)，只研連續(xù)性：由無數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)

2、組成的連續(xù)介質(zhì)，只研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2.粘性粘性: :在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生內(nèi)摩擦力產(chǎn)生內(nèi)摩擦力 4概述概述l 流體輸送流體輸送l測(cè)量壓強(qiáng)、流速、測(cè)量壓強(qiáng)、流速、 流量流量l 為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜 的流動(dòng)條件的流動(dòng)條件化工原理化工原理 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體流動(dòng)的基本規(guī)律是化工原理的重要基礎(chǔ)流體流動(dòng)的基本規(guī)律是化工原理的重要基礎(chǔ) 化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程都是化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程都是在流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行的，設(shè)備在流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行的，設(shè)備的操作效率與流體流動(dòng)狀況有密切的操作效率與流體流動(dòng)狀況有

3、密切的聯(lián)系。的聯(lián)系。 管路的設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇及所管路的設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇及所需功率的計(jì)算。需功率的計(jì)算。 這些測(cè)量?jī)x表的操作原理又多以流這些測(cè)量?jī)x表的操作原理又多以流體的靜止或流動(dòng)規(guī)律為依據(jù)的。體的靜止或流動(dòng)規(guī)律為依據(jù)的。 三、三、本章應(yīng)用：本章應(yīng)用：5)f(T 1. 1.流體的密度：流體的密度：Vm單位：?jiǎn)挝唬?2333mskgf0.102g/cm10kg/m1 液體液體不可壓縮流體不可壓縮流體 氣體氣體可壓縮流體可壓縮流體),f(Tp 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1-1 1-1 流體的密度流體的密度一、基本概念一、基本概念流體流體化工原理化工原理 第一章第一章

4、流體流動(dòng)流體流動(dòng)6第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)|密度數(shù)據(jù)的獲取密度數(shù)據(jù)的獲取(1)查手冊(cè)：化學(xué)工程手冊(cè)查手冊(cè)：化學(xué)工程手冊(cè)(2)實(shí)測(cè)：比重瓶、比重計(jì)、密度儀（液體）實(shí)測(cè)：比重瓶、比重計(jì)、密度儀（液體）(3)計(jì)算：氣體計(jì)算：氣體7第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 1.1.測(cè)試范圍測(cè)試范圍 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 0.2-10000mPa.s 0.2-10000mPa.s 密度密度 0.65-2g/cm3 0.65-2g/cm3 溫度：溫度：40401001

5、00C C 2.2.再現(xiàn)性：再現(xiàn)性： 粘度：測(cè)量結(jié)果的粘度：測(cè)量結(jié)果的0.35% 0.35% 密度：密度：0.0005 g/cm3 0.0005 g/cm3 溫度：溫度：0.020.02C C 3.3.操作壓力：大氣壓操作壓力：大氣壓 4.4.最少樣品量：兩個(gè)樣品池約最少樣品量：兩個(gè)樣品池約 3 ml 3 ml 5.5.樣品測(cè)量速度樣品測(cè)量速度: 20: 20個(gè)個(gè)/ /小時(shí)小時(shí) 自動(dòng)粘度密度儀自動(dòng)粘度密度儀SVM3000SVM3000（奧地利安東帕公司）（奧地利安東帕公司）8 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程：RTMmnRTpVRTpMVm化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)K)k

6、mol(kJ.R 3148第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程KTkmolkgMkPap-a.氣體氣體( (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) )kmolmVTp/4 .22K,15.273kPa,3 .1013000 0004 .22RTMpMVm （理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度）（理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度）RTpMVm TTpp000 TTppM004 .229化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)ixw niiinnmxxxx1ww22w11w1 組分的質(zhì)量分率。組分的質(zhì)量分率。iixw niiinnmxxxx1VV2V21V1)( 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流

7、體流動(dòng) 組分的體積分率。組分的體積分率。iixV第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程b. 混合流體的密度混合流體的密度 混合液體：已知各組份的質(zhì)量分率混合液體：已知各組份的質(zhì)量分率 混合氣體：已知各組份的體積分率混合氣體：已知各組份的體積分率 ixV102. 靜壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積上的靜壓力靜壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積上的靜壓力APp (1)(1)單位：?jiǎn)挝唬篠ISI制：制： 習(xí)慣使用單位：習(xí)慣使用單位：OmH33.10at033. 1kgf/cm033. 1bar013. 1Pa10013. 1mmHg760atm1225 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)

8、第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程(Pa)mN2/mmHg6 .735Pa10807. 9OmH10kgf/cm1at1422 11(2) (2) 計(jì)量基準(zhǔn)：計(jì)量基準(zhǔn)：絕對(duì)真空絕對(duì)真空( (零壓零壓) )化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)大氣壓大氣壓相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)真空度真空度=大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)app 壓強(qiáng)表壓強(qiáng)表app 真空表真空表表示方法：表示方法：)kPa( 1023表表壓壓 )Pa( 1043真真空空度度 真空度真空度= -表壓表壓12化

9、工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程(3)(3)絕壓、表壓和真空度絕壓、表壓和真空度三者之間的關(guān)系三者之間的關(guān)系大氣壓線大氣壓線絕對(duì)零壓線絕對(duì)零壓線A大氣壓大氣壓表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 真空度真空度B13壓力表真空表14化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例1:1:將南京操作真空度為將南京操作真空度為740 mmHg740 mmHg的真空蒸餾塔搬的真空蒸餾塔搬至蘭州操作時(shí)至蘭州操作時(shí), ,若要求塔內(nèi)維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng)若要求塔內(nèi)維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng), ,其其真空表讀數(shù)應(yīng)控制多少？南京的大氣壓強(qiáng)為真空

10、表讀數(shù)應(yīng)控制多少？南京的大氣壓強(qiáng)為761mmHg,761mmHg,蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為蘭州地區(qū)的大氣壓強(qiáng)為640mmHg.640mmHg.例例2:2:海平面處測(cè)得的密封容器內(nèi)表壓為海平面處測(cè)得的密封容器內(nèi)表壓為5Pa,5Pa,另一容另一容器的真空度為器的真空度為5Pa5Pa。若將二容器連同壓力表和真空表。若將二容器連同壓力表和真空表一起移至高山一起移至高山, ,其測(cè)出的表壓強(qiáng)和真空度會(huì)變化嗎？其測(cè)出的表壓強(qiáng)和真空度會(huì)變化嗎？化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 大氣壓 真空度 絕壓南京 761mmHg 740mmHg 蘭州 640mm

11、Hg解：21mmHg21mmHg619mmHg15第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)二、流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)二、流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo) 流體靜力學(xué)：流體靜力學(xué)： 研究的實(shí)質(zhì)研究的實(shí)質(zhì): 流體靜力學(xué)基本方程：流體靜力學(xué)基本方程： 研究流體在研究流體在外力外力作用下處于平作用下處于平衡的規(guī)律。衡的規(guī)律。描述靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變描述靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律化規(guī)律 描述在重力作用下，靜止流體內(nèi)部壓描述在重力作用下，靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。強(qiáng)的變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。16化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體

12、流動(dòng)1) 重力重力G:)( 2112ZZgpp 即：即：化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1. 推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程:受力受力分析分析)Z-gA(ZG 21 2) 作用于上表面積的壓力作用于上表面積的壓力P1 3) 作用于下底面積的壓力作用于下底面積的壓力P2 )ZZ(A2112gPP )( g/2112ZZAPAP ghpp 0流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 17化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)分析：分析：2) 壓強(qiáng)具有可傳遞性壓強(qiáng)具有可傳遞性 （巴斯噶定理）巴斯噶定理）化工原理化工原理第一章第一章 流體流

13、動(dòng)流體流動(dòng) pph)h,f(pp， 0靜止的靜止的* *連續(xù)的同一種流體連續(xù)的同一種流體* *同一水平面同一水平面 壓強(qiáng)處處相等壓強(qiáng)處處相等 1)一定時(shí)一定時(shí)hgpp0 3)(液柱高度液柱高度)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程4) 氣體：若高度差不大，壓強(qiáng)相等氣體：若高度差不大，壓強(qiáng)相等5) 適用條件：適用條件：靜止的、連續(xù)的同一種流體靜止的、連續(xù)的同一種流體不連續(xù)的流體，分段使用不連續(xù)的流體，分段使用18化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例：如圖例：如圖, ,敞口容器內(nèi)盛有油和水敞口容器內(nèi)盛有油和水, ,試判斷試判斷 , , 及及 、 是否成立？是否成立

14、？答：答：AApp (1)(1)BBpp (2)(2)CCpp (3)(3)AAppBBppCCpp化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)( (非同一種流體非同一種流體) )( (同一種流體同一種流體) )( (同一種流體同一種流體) )第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程19化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)油油又又OH 2AApp 解：解：AApp、CCpp BCOHBCghpp2 )(2同同種種液液體體CAOHACghpp ABOHAABAghpghp2 油油化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例：試比較上例中例：試比較上例中 的大小。

15、的大小。第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程BCOHgh2 BCOHABOHAghghp22 ABAghp油油 20化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)aa1. 壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測(cè)量：壓強(qiáng)和壓強(qiáng)差的測(cè)量：(1) (1) 普通普通U U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì)aapp )(1RmgpB ( ( 等壓面等壓面) )gZgRppBBA)(21化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程三、流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用三、流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用R)Z(A2gmgpB sin)(gLgRppBBA21即即：21化工原理化工原理課

16、件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)當(dāng)管道水平當(dāng)管道水平( (=0o) )時(shí)時(shí): :gRppBA)(21當(dāng)管道垂直時(shí)：當(dāng)管道垂直時(shí)：gLgRppBBA)(21gLgRppBBA)(21（=90o）（=-90o）化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 222 分析：分析：1)1)2) 2) 被測(cè)流體為氣體，被測(cè)流體為氣體，3) 3) 測(cè)表壓及真空度測(cè)表壓及真空度化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程gRppBA)(21 跟

17、跟U型管的直徑無關(guān)型管的直徑無關(guān); gRA21 pp 表表示示表表壓壓強(qiáng)強(qiáng)的的大大小小時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)表表示示真真空空度度的的大大小小時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)大大氣氣大大氣氣RppRpp11跟連接管長(zhǎng)度無關(guān)跟連接管長(zhǎng)度無關(guān)23化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程24例例1:1:常溫水在管道流過。為測(cè)常溫水在管道流過。為測(cè)a a、b b兩點(diǎn)壓力差兩點(diǎn)壓力差, ,安裝安裝U U型壓差計(jì)型壓差計(jì),R=0.1m,R=0.1m,試計(jì)算試計(jì)算a a、b b兩點(diǎn)壓力差為若干？?jī)牲c(diǎn)壓力差為若干？已知水與汞的密度分別為已知水與汞的密度分別為1000kg/m1000kg/m

18、3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。解：解：( 和和 等壓面等壓面) )1111pp gxppOHa21 2222pp 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程gRppHg 21)(22xRgppOHb (Pa)1024. 11 . 081. 9)100013600(42 gRgRppOHHgba 方方法法一一2511pp gxppOHa21 22pp 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程gxOH2 gxgROHHg2 Pa1024. 11 . 081. 9)1

19、00013600(42 gRgRppOHHgba gxpOH21 gRpHg 2)(2xRgpOHb 方方法法二二26化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1) 1) 倒倒U U管壓差計(jì)：管壓差計(jì)：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :AA空氣空氣,B,B被測(cè)液被測(cè)液; ;計(jì)算計(jì)算: :)(1mRgppBa gmppBa 2gRppB 21化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程(2).(2).測(cè)小壓差差壓計(jì)：測(cè)小壓差差壓計(jì)：aa pp等等壓壓面面）(aa 待側(cè)流體密度待側(cè)流體密度27化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例:

20、:常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過常溫水在水平等徑管內(nèi)以一定的流量流過1-11-1 和和2-22-2 截面的壓差為截面的壓差為2.472kPa,2.472kPa,問采用普通問采用普通U U管水銀壓差管水銀壓差計(jì)和倒計(jì)和倒U U管壓差計(jì)測(cè)量管壓差計(jì)測(cè)量, ,讀數(shù)讀數(shù)R R分別為多少？已知水與分別為多少？已知水與汞密度為汞密度為1000kg/m1000kg/m3 3及及13600kg/m13600kg/m3 3。解：解：m020. 081. 9)100013600(10472. 2)(3212 gppROHHg化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜

21、力學(xué)基本方程U U管壓差計(jì)管壓差計(jì) ( (水銀水銀- -水水) )倒倒U U管壓差計(jì)管壓差計(jì) ( (水水- -空氣空氣) )m252. 081. 9100010472. 23212 gppROH282) 2) 微差壓差計(jì)：微差壓差計(jì)：計(jì)算計(jì)算: :測(cè)量測(cè)量: :擴(kuò)張室液位均不變擴(kuò)張室液位均不變gRppCA)(21化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :兩端均有擴(kuò)張室兩端均有擴(kuò)張室, ,且且 ; ;CA 注意：注意：CA 是兩種指示液的密度差，不是指示液與被測(cè)流體是兩種指示液的密度差，不是指示液與被測(cè)流體的密度差。適于更小壓差的密度差。適于更小壓差( (氣流氣流) )的測(cè)量；

22、的測(cè)量；第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程Zmaa29化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程bapp )()(212RRgOHHg (3)(3)測(cè)大壓差差壓計(jì)：測(cè)大壓差差壓計(jì)：P10:P10:例例1-41-4302.2.液位的測(cè)量：液位的測(cè)量：化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1)普通玻璃管液位計(jì)普通玻璃管液位計(jì) h=h2)壓差法測(cè)量液位壓差法測(cè)量液位第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程31化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程32化工原

23、理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程3)3)遠(yuǎn)距離液位測(cè)量。遠(yuǎn)距離液位測(cè)量。33化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)解：解：bapp gRppHgb 0例：自管口通入壓縮氮?dú)饫鹤怨芸谕ㄈ雺嚎s氮?dú)? ,用閥用閥1 1控制氣速很小控制氣速很小( (通過通過吹氣管吹氣管4 4的流阻可忽略的流阻可忽略) )。U U管壓差計(jì)管壓差計(jì)3 3的讀數(shù)的讀數(shù)R,R,可反可反映貯罐映貯罐5 5內(nèi)液位。已知指示液為水銀內(nèi)液位。已知指示液為水銀,R=lOOmm,R=lOOmm,罐內(nèi)罐內(nèi)液體密度液體密度125Okg/m125Okg/m3 3, ,

24、貯罐上方與大氣相通貯罐上方與大氣相通, ,求求h h為若為若干。干。化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)ghppa 0m09. 112501 . 013600 RhHg第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程34化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)3.3.液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程(1)(1)防爆防爆g-hamaxpp計(jì)算35化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程(2)(2)防泄漏防泄漏gp-pha混合

25、冷凝器混合冷凝器36化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)生產(chǎn)過程中流體的輸送都是在密閉的管生產(chǎn)過程中流體的輸送都是在密閉的管道中進(jìn)行的，因此研究流體在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律道中進(jìn)行的，因此研究流體在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律是非常必要的。無論是在化工廠、制藥廠、生是非常必要的。無論是在化工廠、制藥廠、生物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見。要實(shí)現(xiàn)流體的物發(fā)酵工廠，管道是隨處可見。要實(shí)現(xiàn)流體的輸送這一單元操作，必須了解流體在管道內(nèi)流輸送這一單元操作，必須了解流體在管道內(nèi)流動(dòng)的相應(yīng)規(guī)律。反映這一規(guī)律的基本關(guān)系有動(dòng)的相應(yīng)規(guī)律。反映這一規(guī)律的基本關(guān)系有連連續(xù)性方程式續(xù)性方程式

26、和和 Bernoullis Bernoullis 方程式方程式。37化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)38一、流量和流速一、流量和流速時(shí)時(shí)間間流流體體量量流流量量 VWss 2.2.流速流速1.1.流量流量截面積截面積時(shí)間時(shí)間流體量流體量流速流速 截截面面積積體體積積流流量量 uAVs 1)1)平均流速平均流速2)2)質(zhì)量流速質(zhì)量流速uAWs 截截面面積積質(zhì)質(zhì)量量流流量量 G AGAuVWss 體積流量體積流量質(zhì)量流量質(zhì)量流量/sm ,3sVkg/s ,sW單位時(shí)間內(nèi)流體流過的距離單位時(shí)間內(nèi)流體流過的距離化工原理化工原理第一章第一章 流

27、體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)，m/sm/s，kg/s.mkg/s.m2 239化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)40化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例: :以內(nèi)徑以內(nèi)徑105mm105mm鋼管輸送壓力鋼管輸送壓力2atm2atm、溫度、溫度120120的空的空氣。已知空氣在標(biāo)態(tài)下的體積流量為氣。已知空氣在標(biāo)態(tài)下的體積流量為630m630m3 3/h/h，求此，求此空氣在管內(nèi)的流速和質(zhì)量流速?？諝庠诠軆?nèi)的流速和質(zhì)量流速。解：解：sm54.14105.0126.042 由由PVTPVT

28、方程方程: :uG sm126. 021273)120273(3600630 3 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)s)kg/(m15.2654.14)120273(273124 .22292 ppTTVVs000 24isdVu uTTppM 004 .2241化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)3.3.管徑的估算：管徑的估算：化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)uAVs muVdsi,4)( 計(jì)計(jì)4.4.流速的選擇：流速的選擇：u u大大, ,則則d di i

29、小小, ,投資費(fèi)小投資費(fèi)小, ,操作費(fèi)用大；操作費(fèi)用大； 液體流速可取液體流速可取0.5-3m/s0.5-3m/s， 氣體流速可取氣體流速可取10-30m/s10-30m/s。dVsud24 u投資費(fèi)投資費(fèi)操作費(fèi)操作費(fèi)總費(fèi)用總費(fèi)用$42化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例: :某精餾塔進(jìn)料量為某精餾塔進(jìn)料量為50000kg/h50000kg/h，料液性質(zhì)和水相，料液性質(zhì)和水相近近, ,密度為密度為960kg/m960kg/m3 3，試選擇進(jìn)料管徑。，試選擇進(jìn)料管徑。解：解：uVdsi 4 /sm0145. 09603600500003 m 0.101 8 . 114. 3

30、0145. 04 id查附錄查附錄19,19,選用選用 1O81O8 4mm4mm的無縫鋼管的無縫鋼管, ,其內(nèi)徑為其內(nèi)徑為: : 選取選取u=l.8m/s,u=l.8m/s,可得可得: :m 0.1mm 100 24108 id核算流速核算流速, 即：即：m/s85. 11 . 014. 30145. 042 u化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) ssWV 其中其中43化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)0u )z,y,x(f)p(u等等或或1.1.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)任一點(diǎn)上流速、壓強(qiáng)等物理量均任一點(diǎn)上流速、壓強(qiáng)等物理

31、量均不不隨時(shí)間而變隨時(shí)間而變,僅隨位置而變僅隨位置而變化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)44化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)2.2.非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)： ),z ,y,x(f)p(u 等等或或化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)45第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)對(duì)于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：對(duì)于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)： 1 1 u uA1A1uuB1B1 2 2 u uA2A2uuB2B2 3 3 u uA3A3uuu

32、A2A2uuA3A3，u uB1B1uuB2B2uuB3B3化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)46化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)constAuAu 2211三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程物料衡算物料衡算 對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：輸入量= =輸出量輸出量 constWWss 21化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)constAuAu 222111 s1W222111 AuAu 推廣到任一截面推廣到任一截面: 不可壓縮流體不可壓縮流體 在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，流量一定時(shí)，管路各流量一定時(shí)，管路各截面上截面上流速流速的變化規(guī)律的變化規(guī)

33、律 圓形管道圓形管道2121221ddAAuu第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)s2W 47化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)m/s 51. 0)1010(410422322 AVusm/s 15. 8)105 . 2(410422311 AVus例例: :輸水管道內(nèi)徑為輸水管道內(nèi)徑為:d:d1 1=2.5cm;d=2.5cm;d2 2=10cm; d=10cm; d3 3=5cm=5cm。 (1)(1)當(dāng)流量為當(dāng)流量為4L/s4L/s時(shí)，各管段的平均流速為若干？時(shí)，各管段的平均流速為若干？(2)(2)當(dāng)流量增至當(dāng)流量增至8L/s8L/s時(shí)，平均流速如何變化？時(shí)

34、，平均流速如何變化？解：解：（1 1）同理：同理：m/s 04. 23 u（2 2）流量增為原來的流量增為原來的2 2倍，則各段流速亦增加至倍，則各段流速亦增加至2 2倍，即倍，即u u1 116.3m/s16.3m/s，u u2 2=1.02m/s=1.02m/s，u u3 3=4.08m/s=4.08m/s化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)48化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)例例: :某壓縮機(jī)的吸入管路直徑為某壓縮機(jī)的吸入管路直徑為200mm200mm，壓出管路直，壓出管路

35、直徑為徑為80mm80mm，吸入管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為，吸入管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為9.739.7310104 4PaPa，溫度，溫度為為3030，壓出管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)為，壓出管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)為5.8865.88610105 5PaPa（表（表壓），溫度為壓），溫度為8080，已測(cè)得吸入管內(nèi)氣體平均，已測(cè)得吸入管內(nèi)氣體平均流速流速為為20m/s20m/s，試求壓出管的流速、質(zhì)量流速和壓縮機(jī)的，試求壓出管的流速、質(zhì)量流速和壓縮機(jī)的排氣量（以質(zhì)量流量表示）排氣量（以質(zhì)量流量表示） 3541m/kg12. 110013. 11073. 9302732734 .2229 s .m/kg4 .222012. 1u G2111

36、解：吸入管解：吸入管49化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)35552m/kg81. 610013. 110886. 510013. 1802732734 .2229 s .m/kg14008. 02 . 04 .22ddG G222222112m/s6 .2081. 6/140/G u222 s/kg704. 042 . 04 .22AGw211s 壓出管壓出管壓縮機(jī)的排氣量壓縮機(jī)的排氣量50化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 柏努利，柏努利，.（Daniel Bernouli,

37、17001782）瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)）瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家。他是先后獲得過哲學(xué)碩士學(xué)位、醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，并成為家、醫(yī)學(xué)家。他是先后獲得過哲學(xué)碩士學(xué)位、醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位，并成為外科名醫(yī)并擔(dān)任過解剖學(xué)教授。但在父兄熏陶下最后仍轉(zhuǎn)到數(shù)理科學(xué)。外科名醫(yī)并擔(dān)任過解剖學(xué)教授。但在父兄熏陶下最后仍轉(zhuǎn)到數(shù)理科學(xué)。柏努利成功的領(lǐng)域很廣，除流體動(dòng)力學(xué)這一主要領(lǐng)域外，還有天文測(cè)柏努利成功的領(lǐng)域很廣，除流體動(dòng)力學(xué)這一主要領(lǐng)域外，還有天文測(cè)量、引力、行星的不規(guī)則量、引力、行星的不規(guī)則. 柏努利開辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，區(qū)分了流體靜力學(xué)與柏努利開辟并命名了流體動(dòng)力學(xué)這一學(xué)科，區(qū)分了流體靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的不同概念。動(dòng)

38、力學(xué)的不同概念。1738年，他發(fā)表了十年寒窗寫成的年，他發(fā)表了十年寒窗寫成的流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)一書。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫流體運(yùn)動(dòng)的基本概念，一書。他用流體的壓強(qiáng)、密度和流速等作為描寫流體運(yùn)動(dòng)的基本概念，引人了引人了“勢(shì)函數(shù)勢(shì)函數(shù)”“”“勢(shì)能勢(shì)能”（“位勢(shì)提高位勢(shì)提高”）來代替單純用）來代替單純用“活力活力討論，從而表述了關(guān)于理想流體穩(wěn)定流動(dòng)的伯努利方程，這實(shí)質(zhì)上是討論，從而表述了關(guān)于理想流體穩(wěn)定流動(dòng)的伯努利方程，這實(shí)質(zhì)上是機(jī)械能守恒定律的另一形式。他還用分子與器壁的碰撞來解釋氣體壓機(jī)械能守恒定律的另一形式。他還用分子與器壁的碰撞來解釋氣體壓強(qiáng)，并指出，只要溫度不變，氣體的壓強(qiáng)

39、總與密度成正，與體積成反強(qiáng)，并指出，只要溫度不變，氣體的壓強(qiáng)總與密度成正，與體積成反比，用此解釋了玻意耳定律。比，用此解釋了玻意耳定律。51第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)四、四、柏努利方程柏努利方程能量衡算能量衡算 衡算范圍：衡算范圍：1-11-1 至至2-22-2 截面截面 衡算基準(zhǔn)：衡算基準(zhǔn)：1kg1kg不可壓縮流體不可壓縮流體 基準(zhǔn)水平面：基準(zhǔn)水平面：0-00-0 平面平面依據(jù)依據(jù): : 輸入總能量輸入總能量= =輸出總能量輸出總能量 1. 流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算 11222100Z1Z252 內(nèi)能內(nèi)能 U:

40、 J/kgU: J/kg； 位能位能: : 動(dòng)能動(dòng)能: :化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)(1) 流體在流動(dòng)過程中所具有的能量流體在流動(dòng)過程中所具有的能量(對(duì)于對(duì)于1kg流體流體):m kg： 位能位能 = mgZ， Jm kg： 動(dòng)能動(dòng)能 = mu2/2， J 靜壓能靜壓能( (壓強(qiáng)能壓強(qiáng)能) )m kg-V m3： , J pV 靜靜壓壓能能 pmpV mV1 kg： 位能位能 = gZ， J/kg1 kg： 動(dòng)能動(dòng)能 = u2/2 ， J/kg1 kg- m3 ：靜壓能：靜壓能 ,J/kg53化工原理化工原理第一章第一章 流體流

41、動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 在右圖所示的管道上開孔，裝在右圖所示的管道上開孔，裝上一垂直于管軸的細(xì)玻璃管，管內(nèi)上一垂直于管軸的細(xì)玻璃管，管內(nèi)流動(dòng)的液體便會(huì)在玻璃管內(nèi)升起，流動(dòng)的液體便會(huì)在玻璃管內(nèi)升起，這就是流動(dòng)著的液體具有靜壓強(qiáng)的這就是流動(dòng)著的液體具有靜壓強(qiáng)的表現(xiàn)。表現(xiàn)。 在管道內(nèi)取一任意截面在管道內(nèi)取一任意截面 n ，該處的靜壓強(qiáng)為該處的靜壓強(qiáng)為 p ，流體要流過該，流體要流過該截面所受的總阻力即為：截面所受的總阻力即為：流動(dòng)系統(tǒng)中流體靜壓能的測(cè)定流動(dòng)系統(tǒng)中流體靜壓能的測(cè)定hLnnpAP 設(shè)設(shè) 1kg 流體被壓過流體被壓過 n 截面所經(jīng)過的距離為截面所經(jīng)過的距離

42、為 L（ L=v/A，v為流體為流體的比容的比容 ），則對(duì)這），則對(duì)這 1kg 流體作功為流體作功為pvAvpApALPL)/(此即為此處流體的靜壓能此即為此處流體的靜壓能流動(dòng)流體的靜壓能流動(dòng)流體的靜壓能54化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)(2) 外部環(huán)境對(duì)流體提供的能量外部環(huán)境對(duì)流體提供的能量(對(duì)于對(duì)于1kg流體流體): 外功外功( )( )凈功或凈功或有效功有效功，J/kgJ/kg；eW熱量熱量( )( )獲得的熱量獲得的熱量，J/kgJ/kg；eQeeQWpugzU 1211

43、121 2222221pugzU seeWWN peNN / 總能量衡算式總能量衡算式55化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)56化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)2.機(jī)械能衡算式機(jī)械能衡算式熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律: : 流體受熱而引起體積膨脹所作的流體受熱而引起體積膨脹所作的 功功,J/kg ,J/kg 21vvpdv 式中式中 因流阻而損失的能量，因流阻而損失的能量，J/kgJ/kg fh2121vvfvv12pdv-pdv- -hQQUUUe57222222112111

44、22vpugZUQWvpugZUeeeeQWpvuZgU)(22v2v112pdv- -QUUUfhQQev2v1fpdv-hQUep2p1v2v121vdppdv)d(pv)(pvp2p1fvdp)(hQpvUefp2p12vdp2hWuZge58化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)fehpugZWpugZ2222121122化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)機(jī)械能衡算式機(jī)械能衡算式機(jī)械能機(jī)械能(E)(E) pugz 221E不可壓縮流體：不可壓縮流體： 比容比容或密度或密度為常數(shù)為常數(shù)pp2p1vdp59化工原理化

45、工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 理想流體理想流體( (即即 ),),若若 , ,則：則：0fh0eWpugZpugZ22221211223. 柏努利方程式柏努利方程式60化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)4. 柏努利方程式的討論柏努利方程式的討論 (1) (1)理想流體理想流體( (即即 ),),若若 , ,則則：0fh0eWpugZpugZ222212112221EE 能量之間相互轉(zhuǎn)換能量之間相互轉(zhuǎn)換 各項(xiàng)不一定相等各項(xiàng)不一定相等 總機(jī)械能守恒總機(jī)械能守恒61例例: :理想流體穩(wěn)態(tài)流

46、經(jīng)異徑的水平管從理想流體穩(wěn)態(tài)流經(jīng)異徑的水平管從1-11-1 截面流至截面流至2-22-2 截面。截面。 21gZgZ pupu2221212222 2221uu 21pp 即部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能即部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)pugZpugZ222212112262化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)例例: :理想流體在如圖所示的等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)理想流體在如圖所示的等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí), ,機(jī)械能將如何轉(zhuǎn)換？機(jī)械能將如何轉(zhuǎn)換？解：解：21ZZ 因此，部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能因此，部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

47、 化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)21pp 22222211ugzugz pugZpugZ222212112221uu 63第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)(2)(2)實(shí)際流體實(shí)際流體 ( (黏性損耗）黏性損耗）21EE fhpugZpugZ222212112221ZZ 21uu 0 fh21pp 0 fh0eW，若無外功加入，即，若無外功加入，即 ，則，則 f1hEE2上游截面的總機(jī)械上游截面的總機(jī)械能大于下游截面的能大于下游截面的總機(jī)械能總機(jī)械能64第二節(jié)第二節(jié) 流體在管

48、內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 無外功：無外功： fhEE2121EE 輸送條件：輸送條件：(3)(3)輸送流體的方法輸送流體的方法 用壓縮空氣壓送液體，即提高用壓縮空氣壓送液體，即提高p p1 1(1) P(1) P1 1 壓縮空氣壓縮空氣(2) Z(2) Z1 1 利用高位槽輸送液體，即提高利用高位槽輸送液體，即提高Z Z1 165第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)(3) P(3) P2 2(4) W(4) We e00通過泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量通過泵、風(fēng)機(jī)等輸送設(shè)備向流體提供能量W

49、 We e。抽送液體，即降低抽送液體，即降低p266第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)(4)(4)靜止時(shí)靜止時(shí), ,021 uu0fh0eWpgZpgZ2211 ( (靜力學(xué)方程）靜力學(xué)方程）(5)(5)對(duì)于可壓縮流體：對(duì)于可壓縮流體：%20)(121 ppp2)(21m 若若 , ,則則能量表達(dá)方式能量表達(dá)方式 )-(-2112zzgpp 壓強(qiáng)表達(dá)方式壓強(qiáng)表達(dá)方式 若若(6) gz， ， P，22u為某一截面上流體所具有的機(jī)械能，為某一截面上流體所具有的機(jī)械能，We，hf為流體在兩截面間獲得或損失的能量。為流體在兩截面間獲得或損失的能

50、量。67(7)(7)不同基準(zhǔn)的柏努利方程：不同基準(zhǔn)的柏努利方程：以單位重量為基準(zhǔn)以單位重量為基準(zhǔn)ghgpguZgWgpguZfe 2222121122位位壓壓頭頭；Z動(dòng)動(dòng)壓壓頭頭；gu22靜靜壓壓頭頭；gp外外加加壓壓頭頭；gWHee 壓壓頭頭損損失失ghHff mNmNNJ 單單位位：化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)1N流體流體68化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)以單位體積為基準(zhǔn)以單位體積為基準(zhǔn) ；力力外外加加壓壓強(qiáng)強(qiáng))(eeWp 損損失失。力力降降或或壓壓強(qiáng)強(qiáng)力力壓壓強(qiáng)強(qiáng))()(ffhpfehpugZWpug

51、Z2222121122流流體體即即kgPamNmmNmJ233 單單位位：化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)1m3流體流體69化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)五、柏努利方程式的應(yīng)用五、柏努利方程式的應(yīng)用fehpugZWpugZ2222121122 測(cè)定管道中流體的流量（流速）測(cè)定管道中流體的流量（流速） 確定設(shè)備之間的相對(duì)位置確定設(shè)備之間的相對(duì)位置 確定輸送設(shè)備的有效功率確定輸送設(shè)備的有效功率 確定管路中流體的壓強(qiáng)確定管路中

52、流體的壓強(qiáng)70化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 1. 1.計(jì)算步驟計(jì)算步驟（1 1）繪制流程圖，標(biāo)出流向）繪制流程圖，標(biāo)出流向（2 2）確定上下游截面）確定上下游截面（3 3）選擇基準(zhǔn)水平面）選擇基準(zhǔn)水平面（4 4）列柏努利方程求解）列柏努利方程求解71化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 2. 2.注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：(1) (1) 截面的選取截面的選取 垂直于流動(dòng)方向垂直于流動(dòng)方向(2) (2) 基準(zhǔn)水平面選取基準(zhǔn)水平面選

53、取 v 與地面平行與地面平行 注意對(duì)應(yīng)注意對(duì)應(yīng)fh 連續(xù)流體連續(xù)流體v Z Z值為垂直距離值為垂直距離v 宜取低水平面宜取低水平面 已知量較多已知量較多72化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)(3)(3)物理量大小及單位：物理量大小及單位：l 大截面處的流速視為大截面處的流速視為0 0；出口管道的截面宜取管內(nèi)側(cè)出口管道的截面宜取管內(nèi)側(cè)o u u平均流速平均流速pugZpugZ2222121122o Z,P Z,P以管中心線為基準(zhǔn)以管中心線為基準(zhǔn) 注意計(jì)算單位注意計(jì)算單位(1kg,1m(

54、1kg,1m3 3,1N),1N)o 可用絕壓或表壓可用絕壓或表壓, ,但兩截面須一致但兩截面須一致73化工原理化工原理課件課件第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)例例: :求求WeWe 1200kg/m 1200kg/m3 3 P=101325Pa P=101325Pa。蒸發(fā)室壓強(qiáng)蒸發(fā)室壓強(qiáng)2OOmmHg(2OOmmHg(真空度真空度) )。15m, 15m, 6868 4mm,2Om4mm,2Om3 3/h, /h, 全部能損為全部能損為12OJ/kg12OJ/kg。求泵的有效功率求泵的有效功率 分析：分

55、析： 上游截面：上游截面： 下游截面：下游截面： 1-11-1，3-33-3，4-44-45-55-5，2-22-2，6-66-674化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)解：由柏努利方程：解：由柏努利方程： fehpugZWpugZ2222121122其中其中),Pa(266661013307602002表表壓壓 p)(0, 0,0111表壓表壓 puZm,152 Z3/1200mkg kgJhf/120 m/s97. 1100060436002022 AVuskgJWe/9 .246 skgVWss/67. 63600)120020( W1647 seeWWN75化工原理化工原理第

56、一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng) 例例:求求Z Z 小區(qū)輸水系統(tǒng)小區(qū)輸水系統(tǒng)水管管徑水管管徑 6868 4mm,4.0m4mm,4.0m3 3/h, /h, 全部能損為全部能損為2OJ/kg(2OJ/kg(不含出口不含出口) )。求液面距管出口的垂直距離。求液面距管出口的垂直距離。分析：分析： 上游截面：上游截面：1-1 1-1 下游截面：選擇管道出口的內(nèi)側(cè)為下游截面：選擇管道出口的內(nèi)側(cè)為2-22-2截面截面 11 22 基準(zhǔn)水平面：出口管軸線所在水平面基準(zhǔn)水平面：出口管軸線所在水平面 76解：柏努利方程解：柏努利方程: :其中其中s /m382. 1

57、032. 0414. 336000 . 4d43600Vu22h2202382. 1Z81. 921Z1=2.14m d=0.068-20.004=0.032m fehpugZWpugZ2222121122)(0, )(0,0212表壓表壓ppZkg/J20hf0u10eW1122化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)77化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)例：例：求求p。某車間用壓縮空氣。某車間用壓縮空氣壓送稀硫酸壓送稀硫酸(密度密度1240kg/m3)，流量為流量為2m3/h，37373.5mm3.5mm的的無縫鋼管，總能量損

58、失為無縫鋼管，總能量損失為10J/kg(10J/kg(不包括出口損失不包括出口損失) )，貯，貯槽液位恒定，輸送管路出口高槽液位恒定，輸送管路出口高于貯槽內(nèi)液面于貯槽內(nèi)液面10M10M，求所需壓，求所需壓縮空氣的壓力?？s空氣的壓力。78化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)smu/786. 003. 043600/222 fhugZp22221 kgJ /4 .108102786. 01081. 92 Pap511034. 112404 .108 (表壓表壓)解：取貯槽液面為解：取貯槽液面為1-1截面，管路出口內(nèi)側(cè)為截面，管路出口內(nèi)側(cè)為2-

59、2， 在在1-1和和2-2兩截面之間列柏努利方程兩截面之間列柏努利方程 fhpugzpugz 222212112121mZZ10, 021 0u1 0p2 (表壓表壓)79第二節(jié)第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)理想流體 0真實(shí)流體 0靜止流體 0 fh小小 結(jié)結(jié)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)（與時(shí)間的關(guān)系）物料衡算連續(xù)性方程（Ws=常數(shù)）能量衡算伯努利方程輸入的能量=輸出的能量形式：能量：機(jī)械能E、外功we和能量損失 fh應(yīng)用：u Ws Z, We, P流量、流速、管徑估算流體在管內(nèi)流動(dòng) fehEWE21 fehWpuZg 22化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)80第三節(jié)第三節(jié) 流體

60、在管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象流體在管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象化工原理化工原理第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)* * 本節(jié)內(nèi)容提要本節(jié)內(nèi)容提要 簡(jiǎn)要分析在微觀尺度上流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動(dòng)阻簡(jiǎn)要分析在微觀尺度上流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動(dòng)阻力的計(jì)算奠定理論基礎(chǔ)。以滯流和湍流兩種基本流型的本質(zhì)力的計(jì)算奠定理論基礎(chǔ)。以滯流和湍流兩種基本流型的本質(zhì)區(qū)別為主線展開討論。區(qū)別為主線展開討論。 * * 本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn) （1 1） 牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理 意義及不同單位之間的換算。意義及不同單位之間的換算。 （2 2） 兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；Re