第一章 流體流動(dòng) - 青島科技大學(xué)精品課程網(wǎng)站

1、1. 本章學(xué)習(xí)的目的本章學(xué)習(xí)的目的 通過本章學(xué)習(xí)，掌握流體流動(dòng)過程的基本原理、管內(nèi)流動(dòng)的通過本章學(xué)習(xí)，掌握流體流動(dòng)過程的基本原理、管內(nèi)流動(dòng)的規(guī)律，并運(yùn)用這些原理和規(guī)律去分析和計(jì)算流體流動(dòng)過程的有規(guī)律，并運(yùn)用這些原理和規(guī)律去分析和計(jì)算流體流動(dòng)過程的有關(guān)問題，諸如：關(guān)問題，諸如： （1）流體輸送：流速的選擇，管徑的計(jì)算，輸送機(jī)械選型。）流體輸送：流速的選擇，管徑的計(jì)算，輸送機(jī)械選型。 （2）流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量：壓強(qiáng)（壓力）、流速（流量）等。）流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量：壓強(qiáng)（壓力）、流速（流量）等。 2.本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容 （1）靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用）靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 （2）連續(xù)性方程、柏努

2、力方程的物理意義、適用條件、應(yīng)）連續(xù)性方程、柏努力方程的物理意義、適用條件、應(yīng)用柏努力方程解題的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。用柏努力方程解題的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。 （3）管路系統(tǒng)總能量損失方程（包括）管路系統(tǒng)總能量損失方程（包括 數(shù)據(jù)的獲得）數(shù)據(jù)的獲得） 概概 述述 一、流體的定義和分類一、流體的定義和分類1 1定義定義：氣體（含蒸汽）和液體統(tǒng)稱流體。：氣體（含蒸汽）和液體統(tǒng)稱流體。液體氣體流體質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞熱量傳遞熱量傳遞動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞三傳三傳2分類分類：（1）按狀態(tài)分為）按狀態(tài)分為氣體、液體和超臨界流體氣體、液體和超臨界流體。（2）按可壓縮性可分為）按可壓縮性可分為不可壓縮流體和可壓縮流體。不可壓縮流

3、體和可壓縮流體。（3）依是否可忽略分子間作用力分為）依是否可忽略分子間作用力分為理想流體和粘性（實(shí)際）流體理想流體和粘性（實(shí)際）流體。（4）按流變特性（剪力與速度梯度之間關(guān)系）分）按流變特性（剪力與速度梯度之間關(guān)系）分牛頓型和非牛頓型流體牛頓型和非牛頓型流體。二、流體特征二、流體特征(1) 具有流動(dòng)性，即抗剪和抗張的能力很小；具有流動(dòng)性，即抗剪和抗張的能力很小；(2) 無固定的形狀，即隨容器的形狀而變化。無固定的形狀，即隨容器的形狀而變化。(3) 在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。三、本章討論的前提三、本章討論的前提連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè) 在工程技術(shù)領(lǐng)域，人們關(guān)心的

4、是流體的宏觀特性，即大量分子的在工程技術(shù)領(lǐng)域，人們關(guān)心的是流體的宏觀特性，即大量分子的統(tǒng)計(jì)平均特性，故采用連續(xù)性假設(shè)統(tǒng)計(jì)平均特性，故采用連續(xù)性假設(shè)視流體為由視流體為由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)（分子集無數(shù)質(zhì)點(diǎn)（分子集團(tuán)）團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)，其目的是為了擺脫復(fù)雜的分子運(yùn)動(dòng)，而從宏所組成的連續(xù)介質(zhì)，其目的是為了擺脫復(fù)雜的分子運(yùn)動(dòng)，而從宏觀角度來研究流體流動(dòng)規(guī)律。觀角度來研究流體流動(dòng)規(guī)律。 質(zhì)點(diǎn)的特征：質(zhì)點(diǎn)的特征：質(zhì)點(diǎn)的大小相對(duì)于宏觀的管道、質(zhì)點(diǎn)的大小相對(duì)于宏觀的管道、設(shè)備時(shí)無限小設(shè)備時(shí)無限小質(zhì)點(diǎn)的大小相對(duì)于微觀分子、原質(zhì)點(diǎn)的大小相對(duì)于微觀分子、原子時(shí)無限大子時(shí)無限大本章重點(diǎn)討論本章重點(diǎn)討論不可壓縮性牛頓型流體不可

5、壓縮性牛頓型流體在管內(nèi)流動(dòng)的有關(guān)問題。在管內(nèi)流動(dòng)的有關(guān)問題。 第一節(jié)第一節(jié) 流流 體體 靜靜 力力 學(xué)學(xué)一、流體的密度一、流體的密度1 1定義和單位定義和單位 單位體積流體所具有的流體質(zhì)量稱為密度，以單位體積流體所具有的流體質(zhì)量稱為密度，以表示，表示，SISI制單位制單位為為kg/mkg/m3 3，其定義如（其定義如（1）式所示）式所示 。 （1 1） 對(duì)于同一種流體，；對(duì)于同一種流體，；當(dāng)當(dāng)V0時(shí)，時(shí)，m/V的極限值稱為流體內(nèi)部的的極限值稱為流體內(nèi)部的某點(diǎn)密度。某點(diǎn)密度。 2 2液體的密度液體的密度 由于壓力對(duì)液體密度的影響較小，故液體可視為由于壓力對(duì)液體密度的影響較小，故液體可視為不可壓縮

6、性流體不可壓縮性流體，即即 計(jì)算混合液體的密度，計(jì)算混合液體的密度，在忽略混合體積變化條件下在忽略混合體積變化條件下，可用下（，可用下（2 2）式）式估算（以估算（以1kg1kg混合液為基準(zhǔn)），即混合液為基準(zhǔn)），即 （2 2）式中式中 i i - -表示各純組分的密度，表示各純組分的密度，kg/mkg/m3 3； 表示表示液相中各組分的組成，液體多以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。液相中各組分的組成，液體多以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。 tfniiimx11iiimmx3 3氣體的密度氣體的密度 氣體是氣體是可壓縮性流體可壓縮性流體，其密度隨系統(tǒng)的壓強(qiáng)和溫度而變化。，其密度隨系統(tǒng)的壓強(qiáng)和溫度而變化。在計(jì)算氣體密度時(shí)，必須注意

7、下面幾點(diǎn)：在計(jì)算氣體密度時(shí)，必須注意下面幾點(diǎn)： 必須標(biāo)明氣體的狀態(tài)。必須標(biāo)明氣體的狀態(tài)。 存在著標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下及操作條件下密度間的轉(zhuǎn)換。（手冊(cè)查得數(shù)據(jù)通常指存在著標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下及操作條件下密度間的轉(zhuǎn)換。（手冊(cè)查得數(shù)據(jù)通常指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)） 一般在壓強(qiáng)不太高（一般在壓強(qiáng)不太高（10atm10atm）、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體處理。）、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體處理。（1）理想氣體純組分密度的求?。├硐霘怏w純組分密度的求取 可根據(jù)如下的（可根據(jù)如下的（3）式或（）式或（4）式計(jì)算）式計(jì)算 （3）或或 （4）（2 2）對(duì)于理想氣體混合物）對(duì)于理想氣體混合物： 可以單位體積混合氣為基準(zhǔn)采用（可以單位體積

8、混合氣為基準(zhǔn)采用（5）式計(jì)算或根據(jù)理想氣體狀態(tài)方）式計(jì)算或根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程采用（程采用（6）式計(jì)算。）式計(jì)算。 （5 5） （6 6）式中式中y yi i - -各組分的摩爾分率（體積分率或壓強(qiáng)分率），各組分的摩爾分率（體積分率或壓強(qiáng)分率）， niiimy1RTPMVmmmiiiiiiippVVnny（7）二、流體的靜壓強(qiáng)二、流體的靜壓強(qiáng) 1 1定義和單位定義和單位 垂直作用于流體單位面積上的壓力稱為流體的壓強(qiáng)，以垂直作用于流體單位面積上的壓力稱為流體的壓強(qiáng)，以p p表示，單位為表示，單位為PaPa，常稱壓力。，常稱壓力。 流體作用面上的壓強(qiáng)各處相等時(shí)，則有流體作用面上的壓強(qiáng)各處相等時(shí)，則

9、有 在連續(xù)靜止的流體內(nèi)部，壓強(qiáng)為位置的連續(xù)函數(shù)，任一在連續(xù)靜止的流體內(nèi)部，壓強(qiáng)為位置的連續(xù)函數(shù)，任一點(diǎn)的壓強(qiáng)與作用面垂直，且在各個(gè)方向都有相同的數(shù)值。點(diǎn)的壓強(qiáng)與作用面垂直，且在各個(gè)方向都有相同的數(shù)值。 2 2壓強(qiáng)的不同表示方法壓強(qiáng)的不同表示方法 （1 1）壓強(qiáng)的單位換算）壓強(qiáng)的單位換算 SI制中，制中， N/m2 =Pa，稱為帕斯卡，稱為帕斯卡 不同單位之間的換算關(guān)系如下（必須非常熟悉）不同單位之間的換算關(guān)系如下（必須非常熟悉）：1atm=1.033 Kgf./cm1atm=1.033 Kgf./cm2 2=760 mmHg=10.33 mH=760 mmHg=10.33 mH2 2O=1.0

10、133 bar=101325PaO=1.0133 bar=101325Pa。1 Kgf./cm1 Kgf./cm2 2=1at=9.80=1at=9.8010104 4 Pa=735.6 mmHg=10 mH Pa=735.6 mmHg=10 mH2 2O O（2）壓強(qiáng)的基準(zhǔn)）壓強(qiáng)的基準(zhǔn) 以絕對(duì)零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)稱為絕對(duì)壓強(qiáng)，是流體的以絕對(duì)零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)稱為絕對(duì)壓強(qiáng)，是流體的真實(shí)壓強(qiáng)真實(shí)壓強(qiáng)。表壓強(qiáng)和真空度的定義如下式所示：表壓強(qiáng)和真空度的定義如下式所示：絕真表，PPP 1方程的推導(dǎo)：（這里采用簡化微元法推導(dǎo)）方程的推導(dǎo)：（這里采用簡化微元法推導(dǎo)）靜止流體內(nèi)部取厚度為的一微元體，根據(jù)靜

11、力平衡原理：靜止流體內(nèi)部取厚度為的一微元體，根據(jù)靜力平衡原理：則：則： 化簡得：化簡得： 若：若： 常數(shù)常數(shù) 則 常數(shù) （不定積分式） 0iF0SdzgSdpPPS0 gdzdpgzP 2 2流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式 如圖如圖1-3所示，在靜止液體內(nèi)（取作常數(shù)）所示，在靜止液體內(nèi)（取作常數(shù)）任取兩點(diǎn)任取兩點(diǎn)1與與2，則有，則有 （8 8）式，（）式，（9 9）式及（）式及（1010）式統(tǒng)稱為流體）式統(tǒng)稱為流體靜力學(xué)基本方程式，其適用條件為：重力場(chǎng)中靜力學(xué)基本方程式，其適用條件為：重力場(chǎng)中靜止的，連續(xù)的同一種不可壓縮流體。靜止的，連續(xù)的同一種不可壓縮流體。 （8）（9）（10）三

12、、流體靜力學(xué)基本方程式三、流體靜力學(xué)基本方程式2. 2. 靜力學(xué)基本方程的物理意義靜力學(xué)基本方程的物理意義 (1) (1) 等壓面的概念等壓面的概念 在靜止的、連續(xù)的同一種液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的靜在靜止的、連續(xù)的同一種液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等（靜壓強(qiáng)僅與垂直高度有關(guān)，與水平位置無關(guān)）。壓強(qiáng)相等（靜壓強(qiáng)僅與垂直高度有關(guān)，與水平位置無關(guān)）。（2）傳遞定律）傳遞定律 由（由（10）式表明，當(dāng)液面上方作用壓強(qiáng)）式表明，當(dāng)液面上方作用壓強(qiáng) p0改變時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)也以改變時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)也以同樣大小變化。同樣大小變化。（3）液柱高度表示壓強(qiáng)（或壓強(qiáng)差）大小）液柱高度表

13、示壓強(qiáng)（或壓強(qiáng)差）大小 將式（將式（10）改寫為：）改寫為： （11） 式（式（11）說明，壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差的大小可用某種液體的液柱高度表示，但必須）說明，壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差的大小可用某種液體的液柱高度表示，但必須注明是何種，采用明確意義。注明是何種，采用明確意義。 的關(guān)系不成立。因的關(guān)系不成立。因 B及及 B兩點(diǎn)雖在靜止流體的同一水平兩點(diǎn)雖在靜止流體的同一水平面上，但不是連通著的同一流體，面上，但不是連通著的同一流體，即即截面截面B-B不是等壓面不是等壓面。四、流體靜力學(xué)原理的應(yīng)用舉例四、流體靜力學(xué)原理的應(yīng)用舉例 應(yīng)用應(yīng)用 （1 1）液柱壓差計(jì)液柱壓差計(jì) （2 2）容器內(nèi)液位及液封高度）容器內(nèi)液位及液

14、封高度的測(cè)量的測(cè)量 解題的基本要領(lǐng)是解題的基本要領(lǐng)是正確確定等壓面正確確定等壓面。（一）壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量（一）壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量1 1U U管壓差計(jì)管壓差計(jì)要求要求：指示液要與被測(cè)流體不互溶，不起化學(xué)反應(yīng)，且其密度應(yīng)大于被測(cè)流體的密度。 推導(dǎo)的第一步是確定等壓面推導(dǎo)的第一步是確定等壓面：圖中：圖中a a，aa兩點(diǎn)都是在連通著的同一種靜止流體內(nèi)，并且兩點(diǎn)都是在連通著的同一種靜止流體內(nèi)，并且在同一水平面上，所以這兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等，在同一水平面上，所以這兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等，即即 。 根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式可得如下式的壓差根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式可得如下式的壓差計(jì)算公式計(jì)算公式 當(dāng)被測(cè)管段水平放置時(shí)

15、，當(dāng)被測(cè)管段水平放置時(shí)，Z=0，則上式可簡化為下式：，則上式可簡化為下式：gRgRPPABA21根據(jù)流體靜力學(xué)基本原理，截面根據(jù)流體靜力學(xué)基本原理，截面a-a為等壓面，為等壓面，則又由流體靜則又由流體靜力學(xué)基本方程式可得力學(xué)基本方程式可得可簡化為：可簡化為： 所以所以: 3.3.微差壓差計(jì)微差壓差計(jì) 當(dāng)被測(cè)壓強(qiáng)差很小時(shí)，為把讀數(shù)當(dāng)被測(cè)壓強(qiáng)差很小時(shí)，為把讀數(shù)R R放大，放大，可以采用微差壓差計(jì)。其特點(diǎn)是：可以采用微差壓差計(jì)。其特點(diǎn)是： 壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近且不互壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近且不互溶、不起化學(xué)作用的指示液，而指示液與溶、不起化學(xué)作用的指示液，而指示液與被測(cè)流體亦不互溶。被測(cè)流體亦不

16、互溶。 U管的兩臂頂端各裝有擴(kuò)大室管的兩臂頂端各裝有擴(kuò)大室, 以利以利讀數(shù)讀數(shù)。 p1 p2 z1 1 z1 R 2 1略小于略小于 2gRpp1221 4.4.斜管壓差計(jì)斜管壓差計(jì) 如圖所示的傾斜液柱壓差計(jì)也可使如圖所示的傾斜液柱壓差計(jì)也可使U U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì)的讀數(shù)的讀數(shù)R R放大一定程度，即放大一定程度，即 式中式中為傾斜角，其值越小，為傾斜角，其值越小，R R1 1值越大。值越大。 p1 R p2 R 0 傾斜式壓差計(jì)傾斜式壓差計(jì)gRpp021（二）液位的測(cè)量（二）液位的測(cè)量 生產(chǎn)中經(jīng)常要進(jìn)行液位的測(cè)量。生產(chǎn)中經(jīng)常要進(jìn)行液位的測(cè)量。大多數(shù)液位計(jì)的作用原理均遵循靜止大多數(shù)液位計(jì)的作

17、用原理均遵循靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)變化的規(guī)律。液體內(nèi)部壓強(qiáng)變化的規(guī)律。 最原始的液位計(jì)是于容器底部器最原始的液位計(jì)是于容器底部器壁及液面上方器壁處各開一小孔，用壁及液面上方器壁處各開一小孔，用玻璃管將兩孔相連接。玻璃管內(nèi)所示玻璃管將兩孔相連接。玻璃管內(nèi)所示的液面高度即為容器內(nèi)的液面高度。的液面高度即為容器內(nèi)的液面高度。這種構(gòu)造（圖這種構(gòu)造（圖1 17 7所示）易于破損，所示）易于破損，而且不便于遠(yuǎn)距離觀測(cè)。下面介紹兩而且不便于遠(yuǎn)距離觀測(cè)。下面介紹兩種測(cè)量液位的方法。種測(cè)量液位的方法。1 1液柱壓差計(jì)液柱壓差計(jì) 于容器或設(shè)備外邊設(shè)一個(gè)稱為平衡器的小室，用一裝有指示液于容器或設(shè)備外邊設(shè)一個(gè)稱為平衡器的小

18、室，用一裝有指示液A A的的U U管壓差計(jì)將容器與平衡器連通起來，小室內(nèi)裝的液體與容器內(nèi)的管壓差計(jì)將容器與平衡器連通起來，小室內(nèi)裝的液體與容器內(nèi)的相同，其液面的高度維持在容器液面允許到達(dá)的最大高度處。相同，其液面的高度維持在容器液面允許到達(dá)的最大高度處。 根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，可知液面高度與壓差計(jì)讀數(shù)的關(guān)根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，可知液面高度與壓差計(jì)讀數(shù)的關(guān)系為系為 容器里的液面達(dá)到最大高度時(shí)，壓差計(jì)讀數(shù)為零，液面愈低，容器里的液面達(dá)到最大高度時(shí)，壓差計(jì)讀數(shù)為零，液面愈低，壓差計(jì)的讀數(shù)愈大。壓差計(jì)的讀數(shù)愈大。 2 2鼓泡式液柱測(cè)量裝置鼓泡式液柱測(cè)量裝置 若容器離操作室較遠(yuǎn)或埋在地面以下，要

19、測(cè)量其液位可采用若容器離操作室較遠(yuǎn)或埋在地面以下，要測(cè)量其液位可采用如下圖如下圖1-81-8所示裝置。所示裝置。 （三）液封高度的計(jì)算（三）液封高度的計(jì)算 在化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到設(shè)備的液封問題。在此，主要根化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到設(shè)備的液封問題。在此，主要根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式來確定液封的高度。設(shè)備內(nèi)操作條據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式來確定液封的高度。設(shè)備內(nèi)操作條件不同，采用液封的目的也就不同。件不同，采用液封的目的也就不同。 （四）不互溶液體的分離（四）不互溶液體的分離傾析器傾析器 密度不同的互不相溶液體可在傾析器中分層，以使輕重密度不同的互不相溶液體可在傾析器中分層，以使輕重液體分離液體分離。 第二節(jié)

20、第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)一、流量和流速一、流量和流速 流量流量 單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量。流量用兩單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量。流量用兩種方法表示：種方法表示：體積流量體積流量-以以V Vs s表示，單位為表示，單位為m m3 3/s/s。(2) (2) 質(zhì)量流量質(zhì)量流量-以以 表示，單位為表示，單位為kg/skg/s。(3) (3) 體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為如（如（14）式）式： ： (14) 流速流速 流體質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)在流動(dòng)方向上所流過的距離，稱為流速，流體質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)在流動(dòng)方向上所流過的距離，稱為流速，以以u(píng) u表示

21、。但是，由于流體具有粘性，流體流經(jīng)管道任一截面上各表示。但是，由于流體具有粘性，流體流經(jīng)管道任一截面上各點(diǎn)速度沿管徑而變化。工程計(jì)算中為方便起見，將取整個(gè)管截面上點(diǎn)速度沿管徑而變化。工程計(jì)算中為方便起見，將取整個(gè)管截面上的平均流速的平均流速單位流通面積上流體的體積流量，即單位流通面積上流體的體積流量，即如如15式式， (15)則有質(zhì)量流量為則有質(zhì)量流量為 (16) 質(zhì)量流速（質(zhì)量通量）質(zhì)量流速（質(zhì)量通量） 單位時(shí)間內(nèi)流體流過管道單位截面積的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流速或質(zhì)量通單位時(shí)間內(nèi)流體流過管道單位截面積的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流速或質(zhì)量通量，以量，以G G表示，其表達(dá)式為表示，其表達(dá)式為如（如（17）式）式

22、 : (17) 由于氣體的體積隨溫度和壓強(qiáng)而變化，在管截面積不變的情況下，氣由于氣體的體積隨溫度和壓強(qiáng)而變化，在管截面積不變的情況下，氣體的流速也要發(fā)生變化，采用質(zhì)量流速為計(jì)算帶來方便。體的流速也要發(fā)生變化，采用質(zhì)量流速為計(jì)算帶來方便。 4 4流速及管徑的確定流速及管徑的確定 對(duì)于圓形管道，以對(duì)于圓形管道，以d d表示其內(nèi)徑，則有表示其內(nèi)徑，則有則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮總費(fèi)用最低，對(duì)應(yīng)于總費(fèi)用最低時(shí)的流速和管徑是最適。則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮總費(fèi)用最低，對(duì)應(yīng)于總費(fèi)用最低時(shí)的流速和管徑是最適。 一般經(jīng)驗(yàn)中流速取值范圍一般經(jīng)驗(yàn)中流速取值范圍: : udVs24uVds4smul35 . 0:smug3010:5.5.

23、管徑及壁厚管徑及壁厚 由上式計(jì)算的管徑是管子的內(nèi)徑，當(dāng)管材確定后，必須按管由上式計(jì)算的管徑是管子的內(nèi)徑，當(dāng)管材確定后，必須按管材規(guī)格查取相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸。材規(guī)格查取相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 管子壁厚的選擇管子壁厚的選擇：管徑?jīng)Q定以后，管子的壁厚應(yīng)按其承受的管徑?jīng)Q定以后，管子的壁厚應(yīng)按其承受的壓力及管材在操作溫度下的許用壓力來確定。一般鑄鐵管的每種壓力及管材在操作溫度下的許用壓力來確定。一般鑄鐵管的每種內(nèi)徑只有一個(gè)厚度；有縫鋼管一般有兩種壁厚，可先決定選用哪內(nèi)徑只有一個(gè)厚度；有縫鋼管一般有兩種壁厚，可先決定選用哪種管型，再根據(jù)內(nèi)徑找出合適的規(guī)格；無縫鋼管同一種管徑有許種管型，再根據(jù)內(nèi)徑找出合適的規(guī)格；無縫鋼管

24、同一種管徑有許多壁厚，按公稱壓力分級(jí)可決定壁厚。多壁厚，按公稱壓力分級(jí)可決定壁厚。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) 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 各截面上流體的有關(guān)參數(shù)（如流速、物性、壓強(qiáng)）僅隨位置而變各截面上流體的有關(guān)參數(shù)（如流速、物性、壓強(qiáng)）僅隨位置而變化，不隨時(shí)間而變，如圖化，不隨時(shí)間而變，如圖1-9a1-9a所示流動(dòng)系統(tǒng)稱為所示流動(dòng)系統(tǒng)稱為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng) 。 非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 流體流動(dòng)有關(guān)物理量隨位置和時(shí)間均發(fā)生變化，如圖流體流動(dòng)有關(guān)物理量隨位置和時(shí)間均發(fā)生變化，如圖1-9b1-9b所示流所示流動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)系統(tǒng)稱為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)稱為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng) 。 化工生產(chǎn)中多屬連續(xù)穩(wěn)

25、態(tài)過程化工生產(chǎn)中多屬連續(xù)穩(wěn)態(tài)過程。 三、連續(xù)性方程式三、連續(xù)性方程式 連續(xù)性方程式是質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式。連續(xù)性方程式是質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式。質(zhì)量守恒的一般表達(dá)式質(zhì)量守恒的一般表達(dá)式如（如（18）式）式 (18)(18)對(duì)于不可壓縮流體（即對(duì)于不可壓縮流體（即=常數(shù)），可得到（常數(shù)），可得到（1919）式：）式： （1919） 上兩式統(tǒng)稱為管內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程式，它反映了一定流上兩式統(tǒng)稱為管內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程式，它反映了一定流量下，管路各截面上流速的變化規(guī)律。量下，管路各截面上流速的變化規(guī)律。 對(duì)于圓形管道內(nèi)不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，可得到對(duì)于圓形管道內(nèi)不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)

26、流動(dòng)，可得到如（如（20）式：）式： （2020） （2020）式反映了流量一定時(shí)，管路各截面上流速的變化規(guī)律，此）式反映了流量一定時(shí)，管路各截面上流速的變化規(guī)律，此規(guī)律與管路的安排以及管路上管件閥門無關(guān)。規(guī)律與管路的安排以及管路上管件閥門無關(guān)。四、能量衡算方程式四、能量衡算方程式柏努利方程式柏努利方程式 柏努利方程式是流體流動(dòng)中機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化原理柏努利方程式是流體流動(dòng)中機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化原理的體現(xiàn)，它描述了流入和流出系統(tǒng)的流體量及有關(guān)流的體現(xiàn)，它描述了流入和流出系統(tǒng)的流體量及有關(guān)流動(dòng)參數(shù)間的定量關(guān)系，動(dòng)參數(shù)間的定量關(guān)系，本節(jié)采用本節(jié)采用能量衡算法推導(dǎo)。能量衡算法推導(dǎo)。 柏努利方程推導(dǎo)的思路是

27、柏努利方程推導(dǎo)的思路是：從解決流體流動(dòng)問題：從解決流體流動(dòng)問題的實(shí)際需要出發(fā)，采用逐步簡化的方法：流動(dòng)系統(tǒng)的的實(shí)際需要出發(fā)，采用逐步簡化的方法：流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算（包括內(nèi)能和熱能）總能量衡算（包括內(nèi)能和熱能）-流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算衡算-不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算。不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算。（一）流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算（一）流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算 如圖所示的流動(dòng)系統(tǒng)，流體在如圖所示的流動(dòng)系統(tǒng)，流體在系統(tǒng)內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。流體從截面系統(tǒng)內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。流體從截面1 1進(jìn)入進(jìn)入, ,則同時(shí)必有相同量的流體從則同時(shí)必有相同量的流體從截面截面2 2處排出。處排出。衡算范圍：衡算范圍

28、：1-11-1與與2-22-2兩截面及內(nèi)壁面兩截面及內(nèi)壁面衡算基準(zhǔn)：衡算基準(zhǔn)：1kg1kg流體流體 基準(zhǔn)水平面：基準(zhǔn)水平面：o-oo-o平面平面 流動(dòng)流體所具有的能量流動(dòng)流體所具有的能量J/kg J/kg 1kg流動(dòng)流體所具有的能量如表1-2所示 表表1-21-2流動(dòng)流體具有的能量流動(dòng)流體具有的能量 進(jìn)入系統(tǒng) 離開系統(tǒng)內(nèi)能位能動(dòng)能靜壓能加入熱量加入功 能量守恒定律能量守恒定律 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，1kg1kg流體為基準(zhǔn)的連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的能流體為基準(zhǔn)的連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算式為：量衡算式為： （2121）或：或： （2222）式式21與式與式22即為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程的總能量

29、衡算式即為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程的總能量衡算式。（二）流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算（二）流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算 流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式 從流體輸送角度考慮，式從流體輸送角度考慮，式1-201-20中的中的Q Qe e和和U U經(jīng)變換消去。經(jīng)變換消去。 由熱力學(xué)第一定律知，由熱力學(xué)第一定律知，1kg1kg流體從流體從1-11-1截面流至截面流至2-22-2截面時(shí)，截面時(shí)，內(nèi)能的增量等于其所獲得的熱能減去因流體被加熱而引起體積膨脹內(nèi)能的增量等于其所獲得的熱能減去因流體被加熱而引起體積膨脹所消耗的功，即所消耗的功，即如如23式所示式所示： 實(shí)際上實(shí)際上 由換熱器加入的熱量由換熱器加入的熱量

30、 及能量損失及能量損失 兩部分組成，即兩部分組成，即如如24式式 : :（24）（23）由數(shù)學(xué)知由數(shù)學(xué)知 （2525）將如上三式代入式將如上三式代入式2121，得到（得到（26）式）式 （2626） 此式即為流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式，適用于可壓縮和不可此式即為流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式，適用于可壓縮和不可壓縮流體。壓縮流體。 柏努利方程式柏努利方程式-不可壓縮流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式不可壓縮流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算式 對(duì)于不可壓縮流體，有對(duì)于不可壓縮流體，有 ，因而將式，因而將式2626中的中的 項(xiàng)積分后可得如下兩式：項(xiàng)積分后可得如下兩式： （2727） 或或 （2828） 上兩式均稱為柏

31、努利方程式，從上面推導(dǎo)過程可看出，柏努利方程上兩式均稱為柏努利方程式，從上面推導(dǎo)過程可看出，柏努利方程適用于連續(xù)不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。適用于連續(xù)不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。 （三）柏努利方程的討論（三）柏努利方程的討論 1若流體流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生流動(dòng)阻力，則流體的能量損失為0，這種流體稱為理想流體理想流體。 假設(shè)沒有外功加入：（We = 0），則上式可化成如（29）式所示：該式稱為真正的柏努利方程真正的柏努利方程。 2對(duì)于實(shí)際流體：令W e= 0時(shí)， ， 式28可化成： ，說明由于實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力損失，則總機(jī)械能逐漸減小。 3。單位時(shí)間內(nèi)輸送機(jī)械所做的有效功率稱為有效功率，用Ne表示，其單位為W，即如30式所示。 1gz+221u+1P= 2gz+222u+2P （29）1E=2E+fh （30） 4 4。如果流體作能量衡算時(shí)的衡算基準(zhǔn)不同，則柏努利方程還可以化。如果流體作能量衡算時(shí)的衡算基準(zhǔn)不同，則柏努利方程還可以化成以下幾種形式：成以下幾