第一章 流體流動11-12

1、化化 工工 原原 理理（適用于化學(xué)工藝、環(huán)境工程、應(yīng)用化學(xué)、過程控制、自動化專業(yè)）一、流體靜力學(xué)基本方程一、流體靜力學(xué)基本方程 二、流體動力學(xué)基本方程二、流體動力學(xué)基本方程柏努利方程柏努利方程( (重點(diǎn)重點(diǎn)) )三、流體流動現(xiàn)象三、流體流動現(xiàn)象四、阻力損失計(jì)算四、阻力損失計(jì)算五、管路計(jì)算五、管路計(jì)算六、流量測量六、流量測量第一章第一章 流體流動流體流動 1 1、流體特征及其定義、流體特征及其定義l 流體主要特征：流體主要特征： 具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。化；受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。l 流體定義：流體定義：

2、 氣體和液體統(tǒng)稱為流體。氣體和液體統(tǒng)稱為流體。流動性流動性-受任何微小剪切力都能連續(xù)變形，受任何微小剪切力都能連續(xù)變形，幾乎沒有抵抗變形的能力幾乎沒有抵抗變形的能力, ,不但整體會產(chǎn)生運(yùn)動，不但整體會產(chǎn)生運(yùn)動，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)也易發(fā)生相對運(yùn)動。內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)也易發(fā)生相對運(yùn)動。 分子間距離小、吸引力較大，具有一定分子間距離小、吸引力較大，具有一定體積，在容器中能形成一定自由表面；體積隨壓體積，在容器中能形成一定自由表面；體積隨壓力變化很小，隨溫度變化也不顯著，稱為力變化很小，隨溫度變化也不顯著，稱為。沒有一定體積，總是充滿整個容器，體積沒有一定體積，總是充滿整個容器，體積隨溫度、壓力的變化較大，稱為隨溫度、壓

3、力的變化較大，稱為。1 1、流體特征及其定義、流體特征及其定義00VVpT00VVpT2 2、連續(xù)介質(zhì)假定、連續(xù)介質(zhì)假定 連續(xù)介質(zhì)假定：連續(xù)介質(zhì)假定： （流體從微觀上看是由彼此間有空隙、進(jìn)行（流體從微觀上看是由彼此間有空隙、進(jìn)行隨機(jī)運(yùn)動的分子所組成，不是連續(xù)分布的介質(zhì)，隨機(jī)運(yùn)動的分子所組成，不是連續(xù)分布的介質(zhì)，但研究流體流動規(guī)律，目的不是微觀分子運(yùn)動，但研究流體流動規(guī)律，目的不是微觀分子運(yùn)動，而是流體的宏觀機(jī)械運(yùn)動）而是流體的宏觀機(jī)械運(yùn)動） 可把流體視為由無數(shù)連續(xù)分布、彼此沒有空可把流體視為由無數(shù)連續(xù)分布、彼此沒有空隙的流體隙的流體質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）（微團(tuán)）組成的組成的連續(xù)連續(xù)介質(zhì)。介質(zhì)。2 2

4、、連續(xù)介質(zhì)假定、連續(xù)介質(zhì)假定 質(zhì)點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)：宏觀運(yùn)動的最小研究對象，由大量分子組成的宏觀運(yùn)動的最小研究對象，由大量分子組成的微團(tuán)，與設(shè)備相比尺寸很小，但比分子自由程微團(tuán)，與設(shè)備相比尺寸很小，但比分子自由程大得多。大得多。意義：意義：質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)相連，擺脫分子間相互作用（分子質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)相連，擺脫分子間相互作用（分子運(yùn)動），研究宏觀性質(zhì)；同時可將流體的物理運(yùn)動），研究宏觀性質(zhì)；同時可將流體的物理性質(zhì)和流動參數(shù)在空間作連續(xù)分布，可用微分性質(zhì)和流動參數(shù)在空間作連續(xù)分布，可用微分方程等數(shù)學(xué)工具研究流體流動規(guī)律。方程等數(shù)學(xué)工具研究流體流動規(guī)律。 1.1 1.1 密度密度1.2 1.2 壓力壓力1.3 1.3

5、流體靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程1.4 1.4 流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用一、流體靜力學(xué)基本方程一、流體靜力學(xué)基本方程l 定義定義：l 對一定的流體對一定的流體， 液體液體密度隨壓力變化很小，主要受溫度影響密度隨壓力變化很小，主要受溫度影響 氣體氣體密度受溫度、壓力都有影響。密度受溫度、壓力都有影響。1.1 1.1 密度密度 3/,mkgVm),(Tpfl 理想氣體理想氣體： R通用氣體常數(shù)；通用氣體常數(shù)； kPa R=8.314kJ/kmol.K atm R=0.08206kJ/kmol.K1.1 1.1 密度密度 RTpMl 混合物的密度：混合物的密度： 已知質(zhì)量分率：已知質(zhì)量分

6、率：（常用于液體,假設(shè)混合前后體積不變） 已知摩爾分率（體積分率）：已知摩爾分率（體積分率）：（常用于氣體,假設(shè)混合前后 質(zhì)量不變）nnm22111nnmxxx22111.1 1.1 密度密度 是指該流體的密度與277.15K (即) 時純水的密度之比，也稱為流體的。歐美各國，常用時純水的密度作為參考物質(zhì)計(jì)算液體的。在石油行業(yè)常采用表示油品的輕重。wtd45 .1315 .1416 .156 .15dAPI1.1 1.1 相對密度和比重指數(shù)相對密度和比重指數(shù) 定義：定義： 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱壓力。的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱壓力

7、。 在靜止流體中，作用于任意點(diǎn)不同方向上的在靜止流體中，作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。壓力在數(shù)值上均相同。壓力的單位：壓力的單位：SI制：制：Pa(N/m2)、atm、mH2O、mmHg等；等；工程單位制：工程單位制：kgf/cm2（公斤）（公斤）1.2 1.2 壓力壓力 定義：定義： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓有如下?lián)Q算關(guān)系：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓有如下?lián)Q算關(guān)系：1atm=1.013105Pa =760mmHg =10.33mH2O=1.033kgf/cm2 液柱高度與壓力的關(guān)系液柱高度與壓力的關(guān)系: : 注：用液柱高度表示壓力時，必須指明流體的種注：用液柱高度表示壓力時，必須指明流體的種類，如類，如60

8、0mmHg，10mH2O等。等。 1.2 1.2 壓力壓力 ghp 壓力表示方法壓力表示方法: : （1 1）絕對壓力：流體的真實(shí)壓力；）絕對壓力：流體的真實(shí)壓力；（2 2）表壓或真空度：）表壓或真空度： 表壓表壓 = = 絕對壓力絕對壓力 - - 大氣壓力大氣壓力 真空度真空度 = =大氣壓力大氣壓力 - - 絕對壓力絕對壓力 注：對表壓、真空度應(yīng)加以標(biāo)注，如注：對表壓、真空度應(yīng)加以標(biāo)注，如2000Pa（表（表壓），壓），10mmHg（真空度）。從壓力表讀的壓力（真空度）。從壓力表讀的壓力為表壓或真空度。為表壓或真空度。1.2 1.2 壓力壓力 壓力壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮壕€當(dāng)?shù)卮髿鈮壕€ 絕壓絕壓p1

9、 表壓表壓 真空度真空度 絕壓絕壓p2 （殘壓）（殘壓） 表壓、真空度與絕對壓力之間的關(guān)系表壓、真空度與絕對壓力之間的關(guān)系 已知已知20時，水、甘油、乙醇的密度分別時，水、甘油、乙醇的密度分別為為998kg/m3、1261kg/m3和和789kg/m3，試計(jì)算試計(jì)算50% （質(zhì)量比，下同）甘油水溶液的（質(zhì)量比，下同）甘油水溶液的密度（實(shí)測值為密度（實(shí)測值為1126kg/m3）和）和40%乙醇水乙醇水溶液的密度（實(shí)測值為溶液的密度（實(shí)測值為935kg/m3 ），并求出），并求出相對誤差。相對誤差。例題例題1-11-1答案：答案：（1）1114kg/m3，-1.05%； （2）902kg/m3，3

10、.49%。某常壓塔頂?shù)膲毫Ρ碜x數(shù)為某常壓塔頂?shù)膲毫Ρ碜x數(shù)為0.3kgf/cm2，問塔頂絕對壓強(qiáng)為多少？分別以問塔頂絕對壓強(qiáng)為多少？分別以kgf/cm2 ，atm，kPa，mH2O及及mmHg表示。當(dāng)?shù)卮蟊硎尽．?dāng)?shù)卮髿鈮簽闅鈮簽?50mmHg。例題例題1-21-2答案：答案：1.32kgf/cm2，1.28atm，129kPa， 13.2mH2O，971mmHg 。方程推導(dǎo)：方程推導(dǎo)：容器內(nèi)裝有密度為容器內(nèi)裝有密度為的液體，在靜止的液體，在靜止液體中取一段六面體液體中取一段六面體，截面積為截面積為A，以容，以容器底面為基準(zhǔn)水平面，液柱的上、下端面器底面為基準(zhǔn)水平面，液柱的上、下端面與基準(zhǔn)水平面的

11、垂直距離分別為與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為Z1和和Z2。作用在上、下兩端面的壓力分別為作用在上、下兩端面的壓力分別為P1和和P2。 1.3 1.3 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 描述靜止流體內(nèi)部壓力分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為流體靜描述靜止流體內(nèi)部壓力分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為流體靜力學(xué)基本方程。力學(xué)基本方程。1.3 1.3 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 在垂直方向上對六面體進(jìn)行受力分析：在垂直方向上對六面體進(jìn)行受力分析：11022pppdz dxdypdz dxdygdxdydzzz0pgz0px0py0gzdp液柱處于靜止時，合力應(yīng)為零，即：液柱處于靜止時，合力應(yīng)為零，即：1.3 1

12、.3 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1122pgzpgzgzpgzp2211壓力形式壓力形式 能量形式能量形式 0gzdp1. 在在靜止靜止、連續(xù)的同種液體連續(xù)的同種液體內(nèi)，處于同一水平面上內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等各點(diǎn)的壓力處處相等 等壓面等壓面。靜止液體內(nèi)部的。靜止液體內(nèi)部的壓力僅是高度的函數(shù)，與容器大小和形狀無關(guān)。壓力僅是高度的函數(shù)，與容器大小和形狀無關(guān)。 2. 壓力壓力傳遞傳遞原理：液面上方壓力變化時，液體內(nèi)部原理：液面上方壓力變化時，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 巴斯葛定理巴斯葛定理討論：討論： 3. 在同一靜止流體中，處在不

13、同位置流體的位能在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但總和恒為常量，反映了和靜壓能各不相同，但總和恒為常量，反映了靜止流體內(nèi)部靜止流體內(nèi)部能量守恒能量守恒與與轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的關(guān)系。的關(guān)系。 4. 氣體為可壓縮流體，基本方程不適用于氣體，氣體為可壓縮流體，基本方程不適用于氣體，但在空間小、壓力變化不大時，但在空間小、壓力變化不大時，常數(shù)，可用常數(shù)，可用于氣體。因?yàn)橛跉怏w。因?yàn)镚 L，認(rèn)為整個氣體空間認(rèn)為整個氣體空間p相等。相等。討論：討論： 例例1-31-3：敞口容器內(nèi)裝有油和水。：敞口容器內(nèi)裝有油和水。 paOO h1h2BB AA h 已知：已知：油油 = = 800kg/m

14、3 h1 =700mm 水水 = =1000 kg/m3 h2=600mm pa = =740mmHg 求：求：(1) pA = pA ? pB = pB ? pO = pO ? (2) pA = ? (3) h = ?11.4kPa11.4kPa（表）（表）1.16m1.16ml 壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差的測量壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差的測量l 液面的測量液面的測量 l 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算 1.3 1.3 流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用 （1 1）U U形管壓差計(jì)測機(jī)械能損失形管壓差計(jì)測機(jī)械能損失gRpp)(02100G021RgppU U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) 測壓力測壓力以被測流體作指示液，以被

15、測流體作指示液，管中一般為空氣。管中一般為空氣。1.3 1.3 流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用 021Rgpp（3 3）斜管壓差計(jì)）斜管壓差計(jì) sinRR （4 4）雙液壓差計(jì)（微差壓差計(jì)）雙液壓差計(jì)（微差壓差計(jì)） 212()ACCdppRgD 已知：使用普通已知：使用普通U形管壓差計(jì)時，指示液形管壓差計(jì)時，指示液0= = 1000 kg/m3，R = 12mm , 改用微改用微差壓差計(jì)時差壓差計(jì)時1( (酒精酒精) )= 920 kg/m3 ，2( (煤油煤油) )= 850 kg/m3 求：求：R 可放大到多少？可放大到多少？ 例例1-41-4R R =171.4mm =171.

16、4mm R R/R=14.3/R=14.3倍倍2. 2. 液位測量液位測量 近距離液位測量裝置近距離液位測量裝置 2. 2. 液位測量液位測量 遠(yuǎn)距離液位測量裝置遠(yuǎn)距離液位測量裝置 氣體氣體pppaR3. 3. 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算 裁裁 一濕式煤氣罐，罐體浮頂內(nèi)徑為一濕式煤氣罐，罐體浮頂內(nèi)徑為6m，浮頂重，浮頂重為為2.9噸，界大氣壓為噸，界大氣壓為735.5mmHg。 答案：答案：97.1kPa97.1kPa，9.9m9.9m ，49.7kg 求：求：(1)罐內(nèi)煤氣壓力罐內(nèi)煤氣壓力 為多少為多少kPa (絕絕)？ (2)罐內(nèi)外水面差罐內(nèi)外水面差 h = ？m (3)若使煤氣壓力若使

17、煤氣壓力p達(dá)到達(dá)到1860Pa(表表)，罐頂需，罐頂需加多少加多少kg壓力？壓力？ 例例1-51-5 2.1 概概 述述 1. 流量與流速流量與流速 2. 穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 2.2 物料衡算連續(xù)性方程（重點(diǎn)）物料衡算連續(xù)性方程（重點(diǎn)） 2.3 機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)）機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)） 二、流體動力學(xué)基本方程二、流體動力學(xué)基本方程 流體動力學(xué)是研究流體在流動過程中受外流體動力學(xué)是研究流體在流動過程中受外力（壓力、重力）作用時的流動規(guī)律。力（壓力、重力）作用時的流動規(guī)律。 目的：運(yùn)用質(zhì)量守恒和能量守恒定律，目的：運(yùn)用質(zhì)量守恒和能量守恒定律，討論流體在管內(nèi)流動

18、時討論流體在管內(nèi)流動時壓力分布壓力分布、速度分布速度分布的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。流體動力學(xué)流體動力學(xué)l 體積流量體積流量VS ：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積面的流體體積, Vs=V/, 單位為單位為m3/s或或m3/h。l 質(zhì)量流量質(zhì)量流量mS ：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量面的流體質(zhì)量, ms=m/,單位為單位為kg/s或或kg/h。l 體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系：體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系：1. 1. 流量與流速流量與流速 ssVm l 流速流速u：平均流速，是指單位時間內(nèi)流體質(zhì)平均流速，是指單位時間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動方向上流經(jīng)的距

19、離，點(diǎn)在流動方向上流經(jīng)的距離， , 單單位為位為m/s 。l 質(zhì)量流速質(zhì)量流速G ：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位截單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量面積的流體質(zhì)量, G=ms/A, 單位為單位為kg/(m2s)。l 流速與質(zhì)量流速的關(guān)系：流速與質(zhì)量流速的關(guān)系：1. 1. 流量與流速流量與流速 AVusGAuAVmssl 管徑的估算：管徑的估算： 選定選定u u后估算出后估算出d d，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。 1. 1. 流量與流速流量與流速 uVds4 適宜流速：通常水及低粘度液體的流速為適宜流速：通常水及低粘度液體的流速為0.50.53m/s3m/s，一般常壓氣體流速為，一般常壓

20、氣體流速為101030m/s 30m/s ，飽和蒸汽流速為飽和蒸汽流速為202040m/s40m/s等。密度大或粘度大等。密度大或粘度大的流體，流速取小些；對含固體雜質(zhì)的流體，流的流體，流速取小些；對含固體雜質(zhì)的流體，流速取大些，以避免固體沉積。速取大些，以避免固體沉積。2. 2. 穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動 不穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動 2. 2. 穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 l 定義：定義：流體流動系統(tǒng)中，若各截面上的溫流體流動系統(tǒng)中，若各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化，稱之為穩(wěn)定流動。

21、而不隨時間變化，稱之為穩(wěn)定流動。l 應(yīng)用應(yīng)用 ：在工廠中，連續(xù)生產(chǎn)的開、停車階在工廠中，連續(xù)生產(chǎn)的開、停車階段，屬于不穩(wěn)定流動，而正常連續(xù)生產(chǎn)時，段，屬于不穩(wěn)定流動，而正常連續(xù)生產(chǎn)時，均屬于穩(wěn)定流動。本章重點(diǎn)討論穩(wěn)定流動均屬于穩(wěn)定流動。本章重點(diǎn)討論穩(wěn)定流動問題。問題。 2.2 2.2 物料衡算連續(xù)性方程物料衡算連續(xù)性方程 1 122 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 輸入質(zhì)量流量輸出質(zhì)量流量質(zhì)量積累量輸入質(zhì)量流量輸出質(zhì)量流量質(zhì)量積累量，l 截面截面1 1和截面和截面2 2上流體的上流體的密度；密度；l 截面截面1 1和截面和截面2 2上流體的上流體的速度速度；l 截面截面1 1和截面和截面2 2的的面積面

22、積；l 質(zhì)量積累量；質(zhì)量積累量；vdVtAuAu22211112，1u2u，1A2A，vdVt連續(xù)性方程連續(xù)性方程 常數(shù)uAAuAums222111常數(shù)uAAuAuVs22112121221ddAAuul 任意流體任意流體，l 不可壓縮流體不可壓縮流體，例例1-61-6 管路由一段管路由一段89894mm4mm的管的管1 1, 一段一段1081084mm4mm的管的管2 2和兩段和兩段57573.5mm3.5mm的分支管的分支管3a3a及及3b3b連接而連接而成。若水以成。若水以9 91010-3-3m/sm/s的體積流量流動的體積流量流動, 且在兩段且在兩段分支管內(nèi)的流量相等分支管內(nèi)的流量相

23、等, 求水在各段管內(nèi)的速度。求水在各段管內(nèi)的速度。 13b3a 2答案：答案：u1=1.75m/s,u2=1.15m/s, u3=2.3m/su1=1.75m/s,u2=1.15m/s, u3=2.3m/s2.3 2.3 機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)）機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)）l 總能量衡算總能量衡算l 機(jī)械能衡算柏努利方程機(jī)械能衡算柏努利方程l 柏努利方程的意義柏努利方程的意義l 柏努利方程的使用柏努利方程的使用l 流體流動系統(tǒng)里包含的能量：流體流動系統(tǒng)里包含的能量：1 內(nèi)能內(nèi)能U : 貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量,單位單位J/kg,下同下同 2 位能位能mgz: 流體因處于地球

24、重力場中而具有的能量流體因處于地球重力場中而具有的能量 3 動能動能 : 指流體因流動而具有的能量。指流體因流動而具有的能量。 4 壓力能壓力能pV: 設(shè)截面設(shè)截面1-1的壓力為的壓力為p，為了把流體推，為了把流體推進(jìn)去，必須對流體作功，因此流體帶著與此功相當(dāng)進(jìn)去，必須對流體作功，因此流體帶著與此功相當(dāng)?shù)哪芰窟M(jìn)入的能量進(jìn)入1-1截面，這部分能量稱為壓力能。截面，這部分能量稱為壓力能。 1. 1. 總能量衡算總能量衡算221mul 不依附于流體的能量：不依附于流體的能量：5 5 熱能：流體流過換熱器時獲得或放出的能量，熱能：流體流過換熱器時獲得或放出的能量，用用qeqe表示，吸熱為正，放熱為負(fù)。

25、表示，吸熱為正，放熱為負(fù)。 6 6 外功：流體通過泵或其它輸送機(jī)械所獲得的外功：流體通過泵或其它輸送機(jī)械所獲得的能量，或流體對外界所作的功，用能量，或流體對外界所作的功，用wewe表示，表示，流體接受外功為正，對外作功為負(fù)流體接受外功為正，對外作功為負(fù) 。1. 1. 總能量衡算總能量衡算l 機(jī)械能：機(jī)械能： 包括位能，動能，壓力能和外功。包括位能，動能，壓力能和外功。可直接用于流體輸送，相互之間可以轉(zhuǎn)化，可直接用于流體輸送，相互之間可以轉(zhuǎn)化，也可直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷蛢?nèi)能。也可直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷蛢?nèi)能。l 熱和內(nèi)能：熱和內(nèi)能： 不能直接轉(zhuǎn)化為用于流體輸送的機(jī)械能。不能直接轉(zhuǎn)化為用于流體輸送的機(jī)械能。 能量守

26、恒能量守恒2222221121112121vpugzUqWvpugzUee 假設(shè)流體不可壓縮假設(shè)流體不可壓縮=c=c，系統(tǒng)無熱交換，系統(tǒng)無熱交換q qe e=0=0，流體溫度不變流體溫度不變U U1 1= =U U2 2。 因?qū)嶋H流體具有粘性，在流動過程中必消耗一因?qū)嶋H流體具有粘性，在流動過程中必消耗一定的能量。根據(jù)能量守恒，這些消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)定的能量。根據(jù)能量守恒，這些消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能，此熱能不能再轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的變成熱能，此熱能不能再轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的機(jī)械能，只能使流體溫度升高。從流體輸送角度機(jī)械能，只能使流體溫度升高。從流體輸送角度來看，這些能量是來看，這些能量是“損失損失”

27、掉了。損失的能量用掉了。損失的能量用WfWf表示，單位表示，單位J/kgJ/kg。2. 2. 機(jī)械能衡算機(jī)械能衡算 不可壓縮流體的機(jī)械能衡算式不可壓縮流體的機(jī)械能衡算式feWpugzWpugz2222121121212222221121112121vpugzUqWvpugzUee機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)）機(jī)械能衡算柏努利方程（重點(diǎn)） 能量守恒能量守恒21efUUqhl單位長度流體所具有的能量：單位長度流體所具有的能量：PaPal單位質(zhì)量流體所具有的能量：單位質(zhì)量流體所具有的能量：J/kgJ/kgl單位體積流體所具有的能量：單位體積流體所具有的能量：m m液柱液柱feWpugzWpugz222

28、2121122fehgpguzHgpguz2222121122fePpugzWpugz2222121122損失壓頭損失壓頭位頭位頭速度頭速度頭靜壓頭靜壓頭有效壓頭有效壓頭1zgu221gp1eHfhl 理想流體：理想流體： 是指沒有粘性（即流動中沒有摩擦阻力）是指沒有粘性（即流動中沒有摩擦阻力）的不可壓縮流體。這種流體實(shí)際上并不存在的不可壓縮流體。這種流體實(shí)際上并不存在但這種假想對解決工程實(shí)際問題有重要意義但這種假想對解決工程實(shí)際問題有重要意義 理想流體又無外功，得到柏努利方程為：理想流體又無外功，得到柏努利方程為： 理想流體的機(jī)械能衡算理想流體的機(jī)械能衡算 2222121122pugzpug

29、ze （1 1）如果系統(tǒng)中的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，）如果系統(tǒng)中的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，u=0u=0，Wf=0Wf=0，We=0We=0，則柏努利方程變?yōu)?，則柏努利方程變?yōu)?上式即為上式即為流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程。流體的靜。流體的靜止?fàn)顟B(tài)是流體運(yùn)動狀態(tài)的一種特殊形式止?fàn)顟B(tài)是流體運(yùn)動狀態(tài)的一種特殊形式 3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 2211pgzpgz （2 2）理想流體理想流體在流動過程中任意截面上在流動過程中任意截面上總機(jī)械能為常數(shù)，即總機(jī)械能為常數(shù)，即: : 但各截面上每種形式的能量并不一定相但各截面上每種形式的能量并不一定相等，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。等，它們之間可以相

30、互轉(zhuǎn)換。 3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 常數(shù)puzg221 （3 3）在柏努利方程式中，）在柏努利方程式中，zgzg、 、 分分別表示單位質(zhì)量流體在某截面上所具有的別表示單位質(zhì)量流體在某截面上所具有的位能、動能和靜壓能，它們是位能、動能和靜壓能，它們是狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)； 而而We、Wf是指單位質(zhì)量流體在兩截面是指單位質(zhì)量流體在兩截面間獲得或消耗的能量，是間獲得或消耗的能量，是過程函數(shù)過程函數(shù)。3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 221up We 是輸送設(shè)備對是輸送設(shè)備對1 1kg 流體所做的功流體所做的功, 單位時間輸送設(shè)備所作的有效功，稱為單位時間輸送設(shè)備所作的有效

31、功，稱為有有效功率效功率Ne。 式中：式中：Ne有效功率，有效功率，W； ms流體的質(zhì)量流量，流體的質(zhì)量流量，kg/s。 3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 eseWmN 實(shí)際上，輸送機(jī)械本身也有能量轉(zhuǎn)換效實(shí)際上，輸送機(jī)械本身也有能量轉(zhuǎn)換效率，則流體輸送機(jī)械實(shí)際消耗的功率應(yīng)為率，則流體輸送機(jī)械實(shí)際消耗的功率應(yīng)為 式中：式中：N流體輸送機(jī)械的軸功率，流體輸送機(jī)械的軸功率，W； 流體輸送機(jī)械的效率。流體輸送機(jī)械的效率。 3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 eNN （4 4）柏努利方程適用于不可壓縮性流體。）柏努利方程適用于不可壓縮性流體。對于可壓縮性流體，當(dāng)所取系統(tǒng)中兩截面對于

32、可壓縮性流體，當(dāng)所取系統(tǒng)中兩截面間的絕對壓力變化率小于間的絕對壓力變化率小于20%20%，仍可用該方，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)以兩截面的平應(yīng)以兩截面的平均密度均密度mm代替。代替。3. 3. 柏努利方程的意義柏努利方程的意義 換熱器換熱器22 11 oo z1z2流體穩(wěn)定流動管路示意圖流體穩(wěn)定流動管路示意圖 畫出流程示意圖，標(biāo)出流動方向、尺寸和數(shù)據(jù)。畫出流程示意圖，標(biāo)出流動方向、尺寸和數(shù)據(jù)。 確定流動系統(tǒng)的衡算范圍，選取上、下游截面。流體應(yīng)確定流動系統(tǒng)的衡算范圍，選取上、下游截面。流體應(yīng)該連續(xù)，截面與流動方向垂直，未知量應(yīng)包括在兩截面該連續(xù)，截面與流動方向垂直，未知

33、量應(yīng)包括在兩截面間。求解外功時，兩截面應(yīng)選在輸送機(jī)械的兩側(cè)。間。求解外功時，兩截面應(yīng)選在輸送機(jī)械的兩側(cè)。 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。若截面不是水平面，而是垂直于地面，位置較低的截面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選管中心線的水平面。則基準(zhǔn)面應(yīng)選管中心線的水平面。 列出兩截面間的柏努利方程，求出未知量。計(jì)算中要注列出兩截面間的柏努利方程，求出未知量。計(jì)算中要注意各物理量的單位和方法意各物理量的單位和方法( (例如絕壓或表壓例如絕壓或表壓) )也應(yīng)一致。也應(yīng)一致。4. 4. 柏努利方程的使用柏努利方程的使用 已知：忽略流動阻力。問：不同截面上各種