化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1

1概述1.1流體流動(dòng)的考察方法1.1.1連續(xù)性假定固體力學(xué)：考察對(duì)象--單個(gè)固體，離散介質(zhì)。流體力學(xué)：考察對(duì)象--無數(shù)質(zhì)點(diǎn)，連續(xù)介質(zhì)。例如點(diǎn)壓強(qiáng)的考察p(正壓力/面積)第1章流體流動(dòng)1概述第1章流體流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)——含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程。可能性：1mm3常溫常壓氣體含2.5×1015個(gè)分子，分子平均自由程為0.1μm量級(jí)。連續(xù)性假定——流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。目的：可用微積分來描述流體的各種參數(shù)?；ぴ?第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.1.2考察方法拉格朗日法——選定流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤觀察，描述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。歐拉法——選定空間位置，考察流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)。軌線與流線(錄像)的區(qū)別：軌線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻所占空間位置的連線；流線是同一瞬時(shí)不同流體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連線。系統(tǒng)與控制體的區(qū)別系統(tǒng)（封閉系統(tǒng)）為眾多流體質(zhì)點(diǎn)的集合，是用拉格朗日法考察流體?？刂企w（某固定空間）如化工設(shè)備，是用歐拉法考察流體。本門課程通常用歐拉法。定態(tài)流動(dòng)——流動(dòng)參數(shù)僅隨空間變化，而與時(shí)間無關(guān)。1.1.2考察方法1.1.3流體受力體積力作用于體積中的各個(gè)部位，力的大小與體積（質(zhì)量）有關(guān)。如：重力，慣性力，離心力。表面力分解成：垂直于作用面，壓力p；平行于作用面，剪切力τ?；ぴ?第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.1.4流體黏性

(錄像)黏性的物理本質(zhì)：分子間引力和分子熱運(yùn)動(dòng)、碰撞。牛頓黏性定律τ—剪應(yīng)力N/m2（Pa），μ—粘度N?s/m2（Pa?s）表明①流體受剪切力必運(yùn)動(dòng)。②牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別。

μ=f(溫度，壓強(qiáng))，壓強(qiáng)不高，可以忽略。

對(duì)液體，溫度升高，黏度下降（內(nèi)聚力為主）對(duì)氣體，溫度升高，黏度上升（熱運(yùn)動(dòng)為主）理想流體:假定μ=01.1.4流體黏性說明：（1）流體剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與正壓力無關(guān)；（不同于固體表面的摩擦力）（2）當(dāng)流體靜止時(shí)du/dy=0,τ=0；（3）相鄰流體層的流速，只能是連續(xù)變化的，緊靠靜止固體壁面處的流體流速為0。黏度的單位較早的手冊(cè)常用泊（達(dá)因?秒/厘米2）或厘泊

1cP（厘泊）＝0.001Pa?s（水的黏度1cP，20度）有時(shí)也用ν＝μ/ρ，稱運(yùn)動(dòng)黏度，單位m2/s。黏度μ又稱動(dòng)力黏度。說明：1.1.5流體流動(dòng)的機(jī)械能

為單位質(zhì)量流體的動(dòng)能

gz為單位質(zhì)量流體的位能為單位質(zhì)量流體的壓強(qiáng)能1.1.5流體流動(dòng)的機(jī)械能1.2流體靜力學(xué)1.2.1靜止流體的壓強(qiáng)分布1.2.1.1靜壓強(qiáng)的特性①任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力。②作用于任意點(diǎn)不同方位的靜壓強(qiáng)數(shù)值相等。③壓強(qiáng)各向傳遞。1.2流體靜力學(xué)①任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力。1.2.1.2取控制體作力衡算1.2.1.2取控制體作力衡算,同樣,1.2.1.3結(jié)合本過程特點(diǎn)解微分方程重力場(chǎng)得X=0,Y=0,Z=-g因,,則積分得p+ρgz=常數(shù)或等高等壓，等壓面化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1討論：

1）p2=p1+ρgh

適用條件：靜止流體，重力場(chǎng)，不可壓縮流體

2）如上底面取在容器的液面上，其壓力為p0

下底面取在容器的任意面上，其壓力為p

則p=p0+ρgh3）當(dāng)p1有變化時(shí)，p2也發(fā)生同樣大小的變化。

p還與ρ，h有關(guān)

ρ↑ p↑h↑ p↑4）等壓面——在靜止的、連續(xù)的、同一流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。討論：分析方法（數(shù)學(xué)分析法）①取控制體②作力衡算③結(jié)合本過程的特點(diǎn)，解微分方程1.2.1.4靜力學(xué)方程應(yīng)用條件①同種流體且不可壓縮(氣體高差不大時(shí)仍可用)②靜止(或等速直線流動(dòng)的橫截面---均勻流)③重力場(chǎng)④單連通1.2.2流體的總勢(shì)能總勢(shì)能（壓強(qiáng)能與位能之和）虛擬壓強(qiáng)分析方法（數(shù)學(xué)分析法）1.2.3壓強(qiáng)的表示方法1.2.3.1單位

N/m2=Pa

106Pa=1MPa

流體柱高度

(p=ρgh)1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O1bar=105Pa1at=1kg(f)/cm2=9.81×104Pa1.2.3.2基準(zhǔn)表壓=絕對(duì)壓-大氣壓真空度=大氣壓-絕對(duì)壓表壓真空度絕對(duì)零壓大氣壓絕對(duì)壓絕對(duì)壓1.2.3壓強(qiáng)的表示方法表壓真空度絕對(duì)零壓大氣壓絕對(duì)壓絕1.2.4靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用1.2.4.1測(cè)壓已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(絕壓)，(表壓)

1.2.4靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用解：pB=pa+ρ汞gR

pB=pA+ρ水gh

pA=pa+ρ汞gR-ρ水gh=1.013×105+13600×9.81×0.18-1000×9.81×0.5=1.204×105Pa(絕壓)pA=1.204×105-1.013×105=1.91×104Pa(表壓)解：pB=pa+ρ汞gR1.2.4.2煙囪拔煙

pA=p2+ρ冷gh

pB=p2+ρ熱gh

由于ρ冷>ρ熱,則pA>pB

所以拔風(fēng)煙囪拔風(fēng)的必要條件是什么？1.2.4.2煙囪拔煙1.2.4.3浮力的本質(zhì)物體上下所受壓強(qiáng)不同取微元：壓差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排

V排=ΣdV排1.2.4.3浮力的本質(zhì)1.2.4.4液封設(shè)備中壓力要保持，液體要排出，須用液封。1.2.4.4液封1.2.4.5流向判別接通后流向？流水的有無——靜力學(xué)流水的多少——?jiǎng)恿W(xué)判據(jù):看z大小，還是p大??？同一水平高度比壓強(qiáng)p左=pA+ρgzA=PAp右=pB+ρgzB=PB1.2.4.5流向判別本次講課習(xí)題：第一章1，2，3，5，6，7,8本次講課習(xí)題：流線演示：

返回流線演示：流體黏性：

返回流體黏性：1.3流體流動(dòng)中的守恒原理1.3.1質(zhì)量守恒1）流量、流速流量——質(zhì)量流量qm，

kg/s（ρ·qv）體積流量qv，

m3/s

流速——質(zhì)量流速G，

kg/m2s（qm/A）體積流速u，

m/s（qv/A）2）點(diǎn)速度u

圓管：粘性，速度分布工程處理方法：平均值1.3流體流動(dòng)中的守恒原理3）平均速度ū

平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法平均流速——按照流量相等的原則，即平均流速只在流量與實(shí)際的速度分布是等效的，并不代表其他方面也等效。如平均動(dòng)能。3）平均速度ū4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）取控制體作物料衡算（歐拉法）4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）氣體密度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：換算：質(zhì)量流速不隨溫度壓力變化氣體密度計(jì)算1.3.2機(jī)械能守恒1）沿軌線的機(jī)械能守恒理想流體：μ=0

運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)量力和壓強(qiáng)力的作用1.3.2機(jī)械能守恒上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。定態(tài)條件：流線與軌線重合，故伯努利方程對(duì)單根流線也適合。理想流體管流的機(jī)械能守恒均勻流段（各流線都是平行的直線并與截面垂）：同一截面上各點(diǎn)的總勢(shì)能P/ρ相等（圖1-12）理想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速u相等所以，伯努利方程對(duì)管流也適用上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算與理想流體的差別μ≠0 ，u=f(r)流動(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能，機(jī)械能不守恒；均勻流段上，截面上各點(diǎn)的動(dòng)能u2/2不等，工程上用平均動(dòng)能代替之。平均的原則：截面上總動(dòng)能相等。動(dòng)能因子α在工業(yè)上常見的速度分布α≈1，動(dòng)能項(xiàng)可用平均流速。實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算柏努利方程的應(yīng)用條件：（1）重力場(chǎng)，定態(tài)流動(dòng)，不可壓縮的理想流體沿軌線滿流。（2）無外加機(jī)械能或機(jī)械能輸出。1.3.2.2推廣到工程上可用形式沿軌線--→沿流線定態(tài)：流線與軌線重合

u、p等參數(shù)與時(shí)間無關(guān)沿流線--→沿流管截面處均勻流（沒有加速度）截面處流速均勻分布平均速度→速度分布引入α理想流體→黏性損失引入hf柏努利方程的應(yīng)用條件：關(guān)于加速度：點(diǎn)1有當(dāng)?shù)丶铀俣?、有遷移加速度點(diǎn)2只有當(dāng)?shù)丶铀俣赛c(diǎn)3有遷移加速度點(diǎn)4沒有加速度關(guān)于加速度：均勻流段均勻分布均勻流段得機(jī)械能衡算式：1.3.2.3應(yīng)用時(shí)注意

u1A1=u2A2+u3A3得機(jī)械能衡算式：應(yīng)用時(shí)注意

(錄像)應(yīng)用時(shí)注意應(yīng)用時(shí)注意閥開、閥關(guān)應(yīng)用時(shí)注意1.3.2.4工程應(yīng)用(1)測(cè)風(fēng)量由1-1至2-2排方程壓差計(jì)：可得：

1.3.2.4工程應(yīng)用(2)虹吸從1-1至2-2排方程(2)虹吸(3)馬利奧特容器求水面在a-a面以上時(shí)的放水速度：由a-a面至出口小孔截面2-2排方程這時(shí)的流動(dòng)條件是定態(tài)的實(shí)際:(3)馬利奧特容器機(jī)械能衡算式導(dǎo)出步驟：①

簡(jiǎn)化將問題先簡(jiǎn)化到可分析的狀況，得理論解。②

修正逐一解決與實(shí)際的差距，使結(jié)果可工程應(yīng)用。應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題：①

看是否符合應(yīng)用條件（連續(xù)流，滿流）②

畫示意圖③

截面選取均勻流，已知量最多，大截面u=0

機(jī)械能衡算式導(dǎo)出步驟：真空吸料現(xiàn)要將30℃的乙醇輸送到高位槽，,管子,流量0.004m3/s。有人建議抽真空，使料液吸上。忽略hf。求：p=?真空吸料解：從1-2排柏努利方程

=5520Pa(絕)

根據(jù)物化知識(shí)30℃pV=10700Pa解：從1-2排柏努利方程根據(jù)物化知識(shí)30℃pV=1070擬定態(tài)處理已知：D=1m,d=40mm,h=0.5m求：放完水所需時(shí)間τ

擬定態(tài)處理解：從1至2截面排柏努利方程任一瞬時(shí)∴對(duì)桶內(nèi)液體作質(zhì)量衡算輸入+生成=輸出+積累解：從1至2截面排柏努利方程問題：1.行使的列車旁，人為什么不能靠得太近？2.飛機(jī)的升力如何來的？3.旋轉(zhuǎn)的乒乓球?yàn)槭裁醋呋【€？4.穿堂風(fēng)是什么？（空氣對(duì)流原理）5.山上的瀑布是如何形成的？化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1本次講課習(xí)題：第一章11，12，13，14，15，16本次講課習(xí)題：柏努利演示

返回柏努利演示彎頭壓力分布

返回彎頭壓力分布1.3.3動(dòng)量守恒牛頓第二定律可寫成：FΔt=Δ(mu)取單位時(shí)間計(jì)：

F=Δ(qmu)=Σ出qmu-Σ進(jìn)qmu單進(jìn)單出：ΣFX=qm(u2x-u1x)ΣFy=qm(u2y-u1y)ΣFz=qm(u2z-u1z)條件：定態(tài)流動(dòng)，管截面上速度均勻分布1.3.3動(dòng)量守恒工程應(yīng)用：（1）流量分配取一節(jié)作分析忽略壁面摩擦阻力，按x方向動(dòng)量守恒式因支管流水，，所以，

(錄像)

工程應(yīng)用：（2）壓力射流根據(jù)動(dòng)量守恒，壓力射流的小孔流速是多少？解：劃虛線控制體，按水平方向列動(dòng)量守恒式這樣，得按實(shí)用形式，得C0=0.7

（2）壓力射流（3）提升高度已知：噴射量qVj=0.02m3/s,d=0.035m

提升量qVs=0.03m3/s,D=0.18m求：H=?（3）提升高度解：忽略壁面摩擦力，假定速度分布均勻從2→3排動(dòng)量守恒方程(p3=pa)解：忽略壁面摩擦力，從1→2截面排柏努利方程從1→2截面排柏努利方程（4）水龍反沖力已知：D=90mm,d=30mm,pmax=150kPa(表)求：最大理論噴射高度h;

水龍反沖力的大小,方向。（4）水龍反沖力解：由1→2截面排柏努利方程

Δz≈0解：由1→2截面排柏努利方程最大理論噴射高度即為出口動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成位能取控制體作動(dòng)量守恒計(jì)算方向：頂住水龍,不讓它向后退最大理論噴射高度即為機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律的關(guān)系都是從牛頓第二定律出發(fā)，反映流體流動(dòng)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律。要解決有關(guān)流體力學(xué)問題時(shí)：1）當(dāng)機(jī)械能耗損無法確定，控制體內(nèi)的各作用力可以確定，則用動(dòng)量守恒定律。2）當(dāng)控制體內(nèi)的各作用力難于確定，機(jī)械能耗損可以確定，則用機(jī)械能守恒定律。3）最終要用試驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)系式。機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律1.4流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4.1流動(dòng)的型態(tài)對(duì)于水平直管人們發(fā)現(xiàn)兩種規(guī)律：雷諾實(shí)驗(yàn)表明存在兩種流動(dòng)類型(錄像)判斷依據(jù)：雷諾數(shù)

Δpu1.4流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Δpu雷諾實(shí)驗(yàn)通過雷諾實(shí)驗(yàn)可見兩種流型——層流和湍流層流：層間互不摻混（分子擴(kuò)散）,分層流動(dòng)，微團(tuán)不交換湍流：微團(tuán)隨機(jī)脈動(dòng)層間摻混（漩渦傳遞）漩渦傳遞>分子傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)雷諾實(shí)驗(yàn)通過雷諾實(shí)驗(yàn)可見兩種流型——層流和湍流流型的判據(jù)：雷諾數(shù)Re

定義：Re=duρ/μ

無量綱的數(shù)群物理意義：慣性力/黏性力判據(jù)（對(duì)管流）：

Re<2000，必定出現(xiàn)層流，為層流區(qū)；

2000<Re<4000，層流或湍流，依賴與環(huán)境，過渡區(qū)；

Re>4000，一般為湍流，為湍流區(qū)。

嚴(yán)格講上述判據(jù)是穩(wěn)定性的判據(jù)，Re<2000時(shí)，干擾出現(xiàn)流動(dòng)偏離層流，干擾消失，又恢復(fù)為層流。層流是穩(wěn)定的。

定態(tài)性指運(yùn)動(dòng)參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系；穩(wěn)定性指系統(tǒng)對(duì)外界干擾的反應(yīng)。流型的判據(jù)：雷諾數(shù)Re1.4.2湍流的基本特征1.4.2.1時(shí)均速度和脈動(dòng)速度

速度=時(shí)均速度+脈動(dòng)速度1.4.2.2湍流的強(qiáng)度和尺度湍流：主體流動(dòng)+各種大小、強(qiáng)弱的旋渦

1.4.2湍流的基本特征湍流強(qiáng)度或湍流尺度兩點(diǎn)間的相關(guān)系數(shù)兩點(diǎn)間的距離為y1.4.2.3湍流黏度μ’μ’與流動(dòng)狀況有關(guān)，與物性無關(guān)。湍流強(qiáng)度或?qū)恿骱屯牧鞯膮^(qū)別層流湍流(1)(2)(3)無微團(tuán)作徑向運(yùn)動(dòng)有微團(tuán)作徑向運(yùn)動(dòng)(4)層流層從中心到管壁層流內(nèi)層附壁(5)

層流和湍流的區(qū)別(6)hf與無關(guān)hf與有關(guān)(7)(8)傳熱、傳質(zhì)慢傳熱、傳質(zhì)快層流和湍流的本質(zhì)區(qū)別:

是否存在速度、壓強(qiáng)的脈動(dòng)性(6)hf與無關(guān)hf與有關(guān)1.4.3邊界層及邊界層脫體1.4.3.1邊界層實(shí)際流體μ≠0，壁面無滑脫邊界層——流動(dòng)流體受固體壁面阻滯而造成速度梯度的區(qū)域。1.4.3邊界層及邊界層脫體入口段阻力大、傳熱、傳質(zhì)快1.4.3.2邊界層脫體流體繞過圓柱的流動(dòng)邊界層脫體的后果：(1)產(chǎn)生大量的旋渦；(2)造成較大能量損失?；ぴ?第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1邊界層脫體的條件:(1)逆壓強(qiáng)梯度；(2)外層動(dòng)量來不及傳入。如：平板不會(huì)發(fā)生脫體（無倒壓區(qū)）流線型物體也不發(fā)生脫體（尾部收縮緩慢，動(dòng)量來得及傳入）(錄像)邊界層脫體的條件:本次講課習(xí)題：第一章17~21本次講課習(xí)題：分配節(jié)

返回分配節(jié)雷諾實(shí)驗(yàn)

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雷諾實(shí)驗(yàn)邊界層脫體

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邊界層脫體問題：用高位槽向反應(yīng)器內(nèi)送水，

Z至少多大？若廠房高度限于8m以內(nèi)，不用泵，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)管路？問題：用高位槽向反應(yīng)器內(nèi)送水，問題：用高位槽向反應(yīng)器內(nèi)送水，

Z至少多大？若廠房高度限于8m以內(nèi)，不用泵，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)管路？問題：用高位槽向反應(yīng)器內(nèi)送水，問題：中試實(shí)驗(yàn)裝置中有一真空管道，管內(nèi)流動(dòng)著液體，若要取樣，該怎么取？問題：中試實(shí)驗(yàn)裝置中有一真空問題：中試實(shí)驗(yàn)裝置中有一真空管道，管內(nèi)流動(dòng)著液體，若要取樣，該怎么取？問題：中試實(shí)驗(yàn)裝置中有一真空1.4.4圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述方法：①取控制體（微分控制體或積分控制體）。②作力（熱量、質(zhì)量）衡算。③結(jié)合本過程的特征方程（如）解方程。④將結(jié)果整理成所需要的形式。1.4.4圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.4.4.1取控制體作力衡算

(p1-p2)πr2-πr2lρg·sinα-2πrlτ=0l·sinα=z2-z1得，(P1-P2)r=2lτ或

與流體性質(zhì)、流動(dòng)類型無關(guān)。

1.4.4.1取控制體作力衡算1.4.4.2層流速度分布層流條件下：特征方程邊界條件r=R

處u=0積分得由，得湍流條件下：由于μ’的困難而無法解析解。實(shí)測(cè)后歸納成

n=f(Re)1.4.4.2層流速度分布化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.5阻力損失1.5.1兩種阻力損失根本原因—黏性劃分：直管阻力損失（沿程阻力損失）局部阻力損失（管件、閥件的阻力損失）1.5.1.1直管阻力損失影響因素：①物性因素ρ，μ②設(shè)備因素d,l,ε③操作因素u機(jī)械能衡算直管，u1=u2，1.5阻力損失1.5.1.2泊謖葉方程層流時(shí)，已得得又稱泊謖葉方程

應(yīng)用條件：①牛頓流體②層流狀態(tài)③圓直管速度分布穩(wěn)定段（非入口段）。層流直管阻力也可寫成

1.5.1.2泊謖葉方程1.5.2湍流直管阻力損失實(shí)驗(yàn)研究方法:

基本要求：由小見大，由此及彼量綱分析指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法的主要步驟：(1)析因?qū)嶒?yàn)——找出主要影響因素

hf=f(d,l,μ,ρ,u,ε)(2)無量綱化——減少工作量量綱分析法的基本依據(jù)：物理方程的量綱一致性力學(xué)范圍內(nèi)基本量綱。

質(zhì)量[M]，長(zhǎng)度[L]，時(shí)間[T]其它量綱均為導(dǎo)出量綱，如密度[ML-3]。1.5.2湍流直管阻力損失

f(hf,d,l,μ,ρ,u,ε)=0選d,u,ρ為基本變量，將hf,l,μ,ε無量綱化(3)實(shí)驗(yàn)并數(shù)據(jù)處理因,習(xí)慣用表示速度頭，則記摩擦系數(shù)以不同的Re(方便地調(diào)節(jié)u)，不同的人工粗糙管,以水或空氣就可做實(shí)驗(yàn)。

f(hf,d,l,μ,ρ,u,ε1.5.3摩擦系數(shù)1.5.3.1莫迪圖層流時(shí)，管內(nèi)全部為層流，λ與ε/d無關(guān);湍流時(shí)，層流內(nèi)層厚度δ，δ>ε,水力光滑管,λ與Re有關(guān),與ε/d無關(guān),δ~ε,λ與Re、ε/d都有關(guān),δ<ε,完全湍流粗糙管,λ與Re無關(guān),與ε/d有關(guān)。同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管。

1.5.3摩擦系數(shù)化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1查Re=3×105,ε/d=0.0005時(shí)的λ=0.018查Re=3×105,ε/d=0.0005時(shí)的λ=0.018查Re=104,ε/d=0.0001時(shí)的λ=0.03。查Re=104,ε/d=0.0001時(shí)的λ=0.03。1.5.3.2直管阻力損失的統(tǒng)一表達(dá)式

層流時(shí)：湍流時(shí)：

把λ＝64/Re代入就是泊謖葉方程，1.5.3.2直管阻力損失的統(tǒng)一表達(dá)式1.5.3.3非圓形直管阻力損失用當(dāng)量直徑de這里de僅用于和速度u為實(shí)際平均速度，而1.5.3.3非圓形直管阻力損失1.5.4局部阻力損失管件閥件處流道變化大，多發(fā)生邊界層脫體,

產(chǎn)生大量旋渦，消耗了機(jī)械能。錄像

錄像

錄像1.5.4局部阻力損失局部阻力計(jì)算式工程上取，ζ——阻力系數(shù)或，le——當(dāng)量長(zhǎng)度實(shí)測(cè)的ζ和le已成圖表，供設(shè)計(jì)使用。注意:①兩種方法并不一致，都有近似；

②計(jì)算所取速度要看圖表規(guī)定。阻力的單位有三種：①損失壓降Pa=N/m2②損失能量J/kg③損失壓頭J/N=m局部阻力計(jì)算式查截止閥全開,接管內(nèi)徑d=100mm時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度le查截止閥全開,化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1查管道出口損失ζ值查管道出口工程計(jì)算(一)水平管輸油在250kPa的壓差下輸送ρ=800kg/m3,μ=0.1Pa·s的油品，管長(zhǎng)l+le=10km,管內(nèi)徑d=300mm。求:流量為多少m3/s？解：畫簡(jiǎn)圖，從1至2排機(jī)械能守恒式

工程計(jì)算(一)水平管輸油因μ較大，可先設(shè)Re<2000，層流驗(yàn)原設(shè)成立，計(jì)算有效

因μ較大，可先設(shè)Re<2000，工程計(jì)算(二)高位槽送液由一高位槽向攪拌反應(yīng)器送料，料液性質(zhì)同20℃的水，流量1.3L/s,鍍鋅鐵管φ42×3mm,管長(zhǎng)10m，90°彎頭4個(gè)，閘閥(全開)1個(gè)。試求：Z應(yīng)為多少m。工程計(jì)算(二)高位槽送液解：查90°彎頭ζ=0.75,閘閥全開ζ=0.17,出口ζ=1取ε=0.2mm,ε/d=0.0056,查λ=0.033。由高位槽液面至反應(yīng)器液面作機(jī)械能衡算解：兩個(gè)工程計(jì)算的不同特點(diǎn)：①已知設(shè)備狀況，求生產(chǎn)能力(輸送能力)

——操作型問題②已知生產(chǎn)能力要求，求設(shè)備狀況

——設(shè)計(jì)型問題化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1理想流體：μ=0，Σhf=0實(shí)際流體：μ≠0，Σhf≠0所以:產(chǎn)生流動(dòng)阻力的內(nèi)因：流體的粘性產(chǎn)生流動(dòng)阻力的外因：流體流動(dòng)注意：直管阻力損失應(yīng)與固體表面間的摩擦損失區(qū)別，流體流動(dòng)的直管阻力損失發(fā)生在流體內(nèi)部。比較：層流完全湍流

λ＝f（Re）λ＝f（ε/d）

hf正比于uhf正比于u2hf反比于d4hf反比于d5

（流量不變）理想流體：μ=0，Σhf=0本次講課習(xí)題：第一章22，24，25，26本次講課習(xí)題：三通

返回三通彎頭

返回彎頭閥門

返回閥門平均、當(dāng)量、有效值觀點(diǎn)：平均、當(dāng)量、有效值只能針對(duì)一個(gè)目標(biāo)，對(duì)其它目標(biāo)多少有所失真。

α≥1平均、當(dāng)量、有效值1.6管路計(jì)算1.6.1變量分析1.6.1.1變量質(zhì)量守恒式機(jī)械能衡算式摩擦系數(shù)計(jì)算式

1.6管路計(jì)算其中物性參數(shù)μ、ρ已知設(shè)備參數(shù)l、d、ε

、Σζ

操作參數(shù)qV、u、P1、P2

中間變量λ9個(gè)變量，需給定6個(gè)，求其它3個(gè)按計(jì)算目的可分為設(shè)計(jì)型計(jì)算:給定qV、P2、l、ε

、Σζ

選擇最優(yōu)u(原則？)

求P1

、d

操作型計(jì)算:給定d、P1(或qV)、P2

、l、ε

、

Σζ，求qV(或P1)其中物性參數(shù)μ、ρ已知1.6.1.2阻力損失—管路—流量關(guān)系結(jié)論：①管路狀況一定，qV↑,hf↑②hf(ΔP)一定,ζ↑,qV↓③qV一定,ζ↑,hf↑

圖中，ζ↑,則hfAB____,

pA____,pB____,為什么若水流方向相反呢，ζ↑,則hfAB___,pA__,pB__1.6.1.2阻力損失—管路—流量關(guān)系結(jié)論：閥門關(guān)小，上游壓強(qiáng)上升，下游壓強(qiáng)下降，壓差增大閥門開大，上游壓強(qiáng)下降，下游壓強(qiáng)上升，壓差減小判斷1：ζB不變，ζA↑，h1__,h2__,(h1-h2)__；ζA不變，ζB↑，h1__,h2__,(h1-h2)___結(jié)論：判斷2：以下說法是否正確①閥門調(diào)節(jié)流量是由于改變了管道的截面;②任何管路，流量qV↑必有hf↑;③閥關(guān)小，中ζ↑,u↓,而hf的變化無法判斷。

化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1判斷3：發(fā)生了什么問題？①如何判斷上游、下游？②如何判斷泄漏與阻塞？判斷4：

ζ1↑,

qV__,qV1__,

qV2__,qV3__判斷3：分支管路閥門A開度↓，qV2↓,PO↑,qVO↓,qV1↑。（ΔqV2>ΔqV1）討論：兩種極端情況1）總管阻力可忽略，支管阻力為主；支管A阻力變化，對(duì)其他管影響不大；城市供水，供氣按該情況設(shè)計(jì)。2）總管阻力為主，支管阻力可忽略；總管流量不隨支管阻力的影響，僅改變支管的流量分配。PAP2P1qV2qV1qV0ABO分支管路PAP2P1qV2qV1qV0ABO匯合管路閥門開度↓，po↑，

qV1，qV2下降（ΔqV2>ΔqV1）閥門開度繼續(xù)減小道某程度，qV2＝0；閥門再減小，管路成分支管路；閥門關(guān)閉，管路成聯(lián)通器。P1P2P3qV2qV1qV3O匯合管路P1P2P3qV2qV1qV3O設(shè)計(jì)型計(jì)算已知條件：管長(zhǎng)L，管材ε，管件Σζ，需液點(diǎn)P2，設(shè)計(jì)要求qV。求：最佳管徑d，供液點(diǎn)P1。上述命題還少一個(gè)變量，通常需由設(shè)計(jì)者確定流速u。在已知qV的條件下，由于流速同時(shí)影響管徑d（設(shè)備費(fèi)用）和阻力損失（能耗，操作費(fèi)用），因此必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)流速。表1－3是常用流體的經(jīng)濟(jì)流速。水及一般液體1～3m/s

氣體<8,8～15，15～25m/s

易燃低壓高壓u費(fèi)用總費(fèi)用操作費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用設(shè)計(jì)型計(jì)算u費(fèi)用總費(fèi)用操作費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用1.6.2簡(jiǎn)單管路計(jì)算層流狀態(tài)下為顯函數(shù)，可直接求解湍流狀態(tài)下為隱函數(shù)，常要試差求解?？上仍O(shè)λ在阻力平方區(qū)，再根據(jù)計(jì)算所得Re修正λ。1.6.2簡(jiǎn)單管路計(jì)算1.6.2.1串聯(lián)管路計(jì)算方程特點(diǎn)：hf總=hf1+hf2+hf3

qV=qV1=qV2=qV3注意各段阻力計(jì)算的u、l、d、λ的不同1.6.2.1串聯(lián)管路計(jì)算1.6.2.2復(fù)雜管路計(jì)算并聯(lián)管路計(jì)算分流或合流時(shí)，有能量的損失和交換，有時(shí)ζ<0對(duì)于長(zhǎng)管，三通處的阻力相對(duì)很小可忽略方程特點(diǎn)：

qV總=qV1+qV2

注意hf不要重復(fù)計(jì)算1.6.2.2復(fù)雜管路計(jì)算工程計(jì)算(一)

原有一長(zhǎng)輸油管路,直徑d1=1m,流量為qV1,現(xiàn)為了增加輸油量的50%,在原來的長(zhǎng)管旁并接一根直徑為d2的長(zhǎng)管。已知油在原管道中為層流。求：d2=?化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1解：∵h(yuǎn)f1=hf2,∵qV2<qV1,則

d2<d1,u2<u1,

∴Re2<Re1,小管中也為層流或解：∵h(yuǎn)f1=hf2,得，得工程計(jì)算(二)已知：泵提供給流體的能量he=150J/kg,lAB=20m,lBC=20m,lBD=30m(均已含le),dAB=38mm，dBC=25mm，dBD=25mm，各管λ=0.025。求：qVC,qVD(m3/s)化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1解：從B點(diǎn)至C點(diǎn),機(jī)械能衡算從B點(diǎn)至D點(diǎn),機(jī)械能衡算由于zC=zD,pC=pD=pa得由得

uC=1.21uD

，∵dC=dD,∴qVC=1.21qVD

解：從B點(diǎn)至C點(diǎn),機(jī)械能衡算

qV=qVC+qVD=2.21qVD從0點(diǎn)至D點(diǎn),機(jī)械能衡算和代回衡算式，得

150=6×9.81+(2.5+6.43)×107q2VD得qVD=1.01×10-3m3/s

qVC=1.21qVD=1.22×10-3m3/sqV=qVC+qVD=2.21qVD1.6.2.3分支與匯合管路計(jì)算P1>P2>P3

有三個(gè)式子

1.6.2.3分支與匯合管路計(jì)算當(dāng)P2=P3時(shí)，相當(dāng)于并聯(lián)管路化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.6.2.4阻力控制問題(瓶頸問題)總管阻力為主時(shí)，增加分支，qV總幾乎不變。支管阻力為主時(shí)，增加分支，qV分支互不干擾。

1.6.2.4阻力控制問題(瓶頸問題)已知：dB=dC,λB=λC,lC>lB,ζB=ζC探索：如何均布?

已知：dB=dC,λB=λC,lC>lB,ζB=ζC由0點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式當(dāng)ζB,ζC同時(shí)增加時(shí)，uB/uC→1如：dB=dC=30mm,lC=3m,lB=1m,λB=λC=0.025當(dāng)ζB=ζC=0.17時(shí)，uB/uC=1.35當(dāng)ζB=ζC=25時(shí)，uB/uC=1.03,代價(jià)--能量消耗

由0點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式1.6.3可壓縮氣體的管路計(jì)算特殊性：ρ為p的函數(shù)機(jī)械能衡算式：簡(jiǎn)化：①氣體位能很小，可忽略；②等溫流動(dòng)或溫差不大。沿直管不變，λ也不變得

ρm為pm=(p1+p2)/2下的密度1.6.3可壓縮氣體的管路計(jì)算工程計(jì)算(三)

用d=300mm,l=90km的管道輸送5000kg/h的煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度ρ0=0.62kg/m3，管道λ=0.016，管中煤氣溫度恒定在18℃,起點(diǎn)壓強(qiáng)600kPa(絕)。求：管道末端煤氣壓強(qiáng)為多少kPa(絕)？化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1解：質(zhì)量流速解：迭代求得

p2=188kPa(絕)迭代求得p2=188kPa(絕)管2的流向看P2與P0大小

,進(jìn)0點(diǎn)為正，出0點(diǎn)為負(fù)管2的流向看P2與P0大小當(dāng)P2=P3時(shí)，相當(dāng)于并聯(lián)管路化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.6.2.4阻力控制問題(瓶頸問題)總管阻力為主時(shí)，增加分支，qV總幾乎不變。支管阻力為主時(shí)，增加分支，qV分支互不干擾。

1.6.2.4阻力控制問題(瓶頸問題)流體均布問題流體均布問題已知：dB=dC,λB=λC,lC>lB,ζB=ζC探索：如何均布?

已知：dB=dC,λB=λC,lC>lB,ζB=ζC由0點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式當(dāng)ζB,ζC同時(shí)增加時(shí)，uB/uC→1如：dB=dC=30mm,lC=3m,lB=1m,λB=λC=0.025當(dāng)ζB=ζC=0.17時(shí)，uB/uC=1.35當(dāng)ζB=ζC=25時(shí)，uB/uC=1.03,代價(jià)--能量消耗

由0點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式1.6.3可壓縮氣體的管路計(jì)算特殊性：ρ為p的函數(shù)機(jī)械能衡算式：簡(jiǎn)化：①氣體位能很小，可忽略；②等溫流動(dòng)或溫差不大。沿直管不變，λ也不變得

ρm為pm=(p1+p2)/2下的密度1.6.3可壓縮氣體的管路計(jì)算工程計(jì)算(三)

用d=300mm,l=90km的管道輸送5000kg/h的煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度ρ0=0.62kg/m3，管道λ=0.016，管中煤氣溫度恒定在18℃,起點(diǎn)壓強(qiáng)600kPa(絕)。求：管道末端煤氣壓強(qiáng)為多少kPa(絕)？化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1解：質(zhì)量流速解：迭代求得

p2=188kPa(絕)迭代求得p2=188kPa(絕)本次講課習(xí)題：第一章27，28,29,30,31本次講課習(xí)題：1.7流速和流量的測(cè)量1.7.1皮托管沿流線從1至2排柏努利方程

u2=0

根據(jù)h1,h2的指示可算出點(diǎn)速度1.7流速和流量的測(cè)量化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1一般皮托管測(cè)定的管中心的最大速度。安裝要求：1）安置在速度穩(wěn)定段，前后要有12d以上的直管距離；2）皮托管的管口垂直流動(dòng)方向；3）皮托管直徑小于管徑的1/50。一般皮托管測(cè)定的管中心的最大速度。1.7.2孔板流量計(jì)分析處理方法：(1)先作μ=0處理(2)再考慮μ的影響由1至2截面作能量衡算質(zhì)量守恒A1u1=A2u2整理后1.7.2孔板流量計(jì)(3)考慮μ的影響；A2難以實(shí)測(cè)，用A0計(jì)(3)考慮μ的影響；A2難以實(shí)測(cè)，用A0計(jì)流量系數(shù)C0的數(shù)值只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。C0取決于雷諾數(shù)Red，面積比m，測(cè)壓方式，孔口形狀，加工光潔度，孔板厚度等。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的孔板和角接測(cè)量。

C0＝f（Red，m）見圖1－52，Red是以管徑計(jì)算的雷諾數(shù)?？装辶髁坑?jì)應(yīng)安裝在水平直管中，前后分布要有15～40d和5d的直管。從圖1－51可見，孔板流量計(jì)的阻力損失很大?？装宓目讖揭线m，d0↓，hf↑，R↑；

d0↑，hf↓，R↓。所以要選擇合適的面積比m。流量系數(shù)C0的數(shù)值只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。C0=f(Red,m),m=A0/A1C0=f(Red,m),m=A0/A1文丘里流量計(jì)孔板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力損失較大(錄像)文丘里特點(diǎn)：阻力損失較小，造價(jià)較高(錄像)文丘里流量計(jì)工程計(jì)算(一)標(biāo)準(zhǔn)孔板已知：孔徑d0,管徑d1,物性ρ,μ,ρi，讀數(shù)R求：流量qV解：工程計(jì)算(一)標(biāo)準(zhǔn)孔板1.7.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子力平衡：(p1-p2)Af=Vfρfg由1-2能量守恒式：重力=浮力+動(dòng)壓差力

化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒流速、恒壓差刻度換算：出廠標(biāo)準(zhǔn)：液體氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒流速、恒壓差若改變轉(zhuǎn)子材料，刻度也要換算若改變轉(zhuǎn)子材料，刻度也要換算工程計(jì)算(三)刻度換算用轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量乙醇流量，已知：，，測(cè)量范圍內(nèi)CR為常數(shù)，現(xiàn)讀數(shù)為5m3/h，實(shí)際流量為多少？解：出廠標(biāo)定化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1流量計(jì)比較皮托管：測(cè)得點(diǎn)速度，流量須計(jì)算孔板流量計(jì)：測(cè)得銳孔平均速度，

A0恒定,u0變化,Δp變化,不易阻塞轉(zhuǎn)子流量計(jì)：測(cè)得的流量讀數(shù)需換算

Δp恒定,u0恒定,A0變化,易阻塞

流量計(jì)比較其它流量計(jì)介紹彎管流量計(jì)阻力流量計(jì)狹縫流量計(jì)旋渦流量計(jì)其它流量計(jì)介紹1.8非牛頓流體的流動(dòng)1.8.1非牛頓流體的基本特性本構(gòu)方程τ~du/dy關(guān)系表觀黏度1.8非牛頓流體的流動(dòng)剪切稀化現(xiàn)象(錄像)—

增加,μ降低冪律流體塑性流體(錄像)——具有屈服應(yīng)力τy黏彈性流體現(xiàn)象：爬桿效應(yīng)(錄像)，擠出脹大(錄像)，無管虹吸(錄像)依時(shí)性——時(shí)間增加，μ

變化(錄像)化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.8.2非牛頓流體的層流流動(dòng)阻力損失圓管中冪律流體流動(dòng)層流范寧摩擦因子1.8.2非牛頓流體的層流流動(dòng)1.8.3非牛頓流體的湍流流動(dòng)與減阻現(xiàn)象湍流湍流減阻現(xiàn)象

1.8.3非牛頓流體的湍流流動(dòng)與減阻現(xiàn)象本次講課習(xí)題：第一章32，33，34，35，36本次講課習(xí)題：孔板

返回孔板文丘里

返回文丘里剪切稀化

返回剪切稀化塑性流體

返回塑性流體爬桿效應(yīng)

返回爬桿效應(yīng)擠出脹大

返回?cái)D出脹大無管虹吸

返回?zé)o管虹吸依時(shí)性

返回依時(shí)性1概述1.1流體流動(dòng)的考察方法1.1.1連續(xù)性假定固體力學(xué)：考察對(duì)象--單個(gè)固體，離散介質(zhì)。流體力學(xué)：考察對(duì)象--無數(shù)質(zhì)點(diǎn)，連續(xù)介質(zhì)。例如點(diǎn)壓強(qiáng)的考察p(正壓力/面積)第1章流體流動(dòng)1概述第1章流體流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)——含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程?？赡苄裕?mm3常溫常壓氣體含2.5×1015個(gè)分子，分子平均自由程為0.1μm量級(jí)。連續(xù)性假定——流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。目的：可用微積分來描述流體的各種參數(shù)。化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.1.2考察方法拉格朗日法——選定流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤觀察，描述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。歐拉法——選定空間位置，考察流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)。軌線與流線(錄像)的區(qū)別：軌線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻所占空間位置的連線；流線是同一瞬時(shí)不同流體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連線。系統(tǒng)與控制體的區(qū)別系統(tǒng)（封閉系統(tǒng)）為眾多流體質(zhì)點(diǎn)的集合，是用拉格朗日法考察流體?？刂企w（某固定空間）如化工設(shè)備，是用歐拉法考察流體。本門課程通常用歐拉法。定態(tài)流動(dòng)——流動(dòng)參數(shù)僅隨空間變化，而與時(shí)間無關(guān)。1.1.2考察方法1.1.3流體受力體積力作用于體積中的各個(gè)部位，力的大小與體積（質(zhì)量）有關(guān)。如：重力，慣性力，離心力。表面力分解成：垂直于作用面，壓力p；平行于作用面，剪切力τ?；ぴ?第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部11.1.4流體黏性

(錄像)黏性的物理本質(zhì)：分子間引力和分子熱運(yùn)動(dòng)、碰撞。牛頓黏性定律τ—剪應(yīng)力N/m2（Pa），μ—粘度N?s/m2（Pa?s）表明①流體受剪切力必運(yùn)動(dòng)。②牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別。

μ=f(溫度，壓強(qiáng))，壓強(qiáng)不高，可以忽略。

對(duì)液體，溫度升高，黏度下降（內(nèi)聚力為主）對(duì)氣體，溫度升高，黏度上升（熱運(yùn)動(dòng)為主）理想流體:假定μ=01.1.4流體黏性說明：（1）流體剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與正壓力無關(guān)；（不同于固體表面的摩擦力）（2）當(dāng)流體靜止時(shí)du/dy=0,τ=0；（3）相鄰流體層的流速，只能是連續(xù)變化的，緊靠靜止固體壁面處的流體流速為0。黏度的單位較早的手冊(cè)常用泊（達(dá)因?秒/厘米2）或厘泊

1cP（厘泊）＝0.001Pa?s（水的黏度1cP，20度）有時(shí)也用ν＝μ/ρ，稱運(yùn)動(dòng)黏度，單位m2/s。黏度μ又稱動(dòng)力黏度。說明：1.1.5流體流動(dòng)的機(jī)械能

為單位質(zhì)量流體的動(dòng)能

gz為單位質(zhì)量流體的位能為單位質(zhì)量流體的壓強(qiáng)能1.1.5流體流動(dòng)的機(jī)械能1.2流體靜力學(xué)1.2.1靜止流體的壓強(qiáng)分布1.2.1.1靜壓強(qiáng)的特性①任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力。②作用于任意點(diǎn)不同方位的靜壓強(qiáng)數(shù)值相等。③壓強(qiáng)各向傳遞。1.2流體靜力學(xué)①任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力。1.2.1.2取控制體作力衡算1.2.1.2取控制體作力衡算,同樣,1.2.1.3結(jié)合本過程特點(diǎn)解微分方程重力場(chǎng)得X=0,Y=0,Z=-g因,,則積分得p+ρgz=常數(shù)或等高等壓，等壓面化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1討論：

1）p2=p1+ρgh

適用條件：靜止流體，重力場(chǎng)，不可壓縮流體

2）如上底面取在容器的液面上，其壓力為p0

下底面取在容器的任意面上，其壓力為p

則p=p0+ρgh3）當(dāng)p1有變化時(shí)，p2也發(fā)生同樣大小的變化。

p還與ρ，h有關(guān)

ρ↑ p↑h↑ p↑4）等壓面——在靜止的、連續(xù)的、同一流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。討論：分析方法（數(shù)學(xué)分析法）①取控制體②作力衡算③結(jié)合本過程的特點(diǎn)，解微分方程1.2.1.4靜力學(xué)方程應(yīng)用條件①同種流體且不可壓縮(氣體高差不大時(shí)仍可用)②靜止(或等速直線流動(dòng)的橫截面---均勻流)③重力場(chǎng)④單連通1.2.2流體的總勢(shì)能總勢(shì)能（壓強(qiáng)能與位能之和）虛擬壓強(qiáng)分析方法（數(shù)學(xué)分析法）1.2.3壓強(qiáng)的表示方法1.2.3.1單位

N/m2=Pa

106Pa=1MPa

流體柱高度

(p=ρgh)1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O1bar=105Pa1at=1kg(f)/cm2=9.81×104Pa1.2.3.2基準(zhǔn)表壓=絕對(duì)壓-大氣壓真空度=大氣壓-絕對(duì)壓表壓真空度絕對(duì)零壓大氣壓絕對(duì)壓絕對(duì)壓1.2.3壓強(qiáng)的表示方法表壓真空度絕對(duì)零壓大氣壓絕對(duì)壓絕1.2.4靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用1.2.4.1測(cè)壓已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(絕壓)，(表壓)

1.2.4靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用解：pB=pa+ρ汞gR

pB=pA+ρ水gh

pA=pa+ρ汞gR-ρ水gh=1.013×105+13600×9.81×0.18-1000×9.81×0.5=1.204×105Pa(絕壓)pA=1.204×105-1.013×105=1.91×104Pa(表壓)解：pB=pa+ρ汞gR1.2.4.2煙囪拔煙

pA=p2+ρ冷gh

pB=p2+ρ熱gh

由于ρ冷>ρ熱,則pA>pB

所以拔風(fēng)煙囪拔風(fēng)的必要條件是什么？1.2.4.2煙囪拔煙1.2.4.3浮力的本質(zhì)物體上下所受壓強(qiáng)不同取微元：壓差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排

V排=ΣdV排1.2.4.3浮力的本質(zhì)1.2.4.4液封設(shè)備中壓力要保持，液體要排出，須用液封。1.2.4.4液封1.2.4.5流向判別接通后流向？流水的有無——靜力學(xué)流水的多少——?jiǎng)恿W(xué)判據(jù):看z大小，還是p大?。客凰礁叨缺葔簭?qiáng)p左=pA+ρgzA=PAp右=pB+ρgzB=PB1.2.4.5流向判別本次講課習(xí)題：第一章1，2，3，5，6，7,8本次講課習(xí)題：流線演示：

返回流線演示：流體黏性：

返回流體黏性：1.3流體流動(dòng)中的守恒原理1.3.1質(zhì)量守恒1）流量、流速流量——質(zhì)量流量qm，

kg/s（ρ·qv）體積流量qv，

m3/s

流速——質(zhì)量流速G，

kg/m2s（qm/A）體積流速u，

m/s（qv/A）2）點(diǎn)速度u

圓管：粘性，速度分布工程處理方法：平均值1.3流體流動(dòng)中的守恒原理3）平均速度ū

平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法平均流速——按照流量相等的原則，即平均流速只在流量與實(shí)際的速度分布是等效的，并不代表其他方面也等效。如平均動(dòng)能。3）平均速度ū4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）取控制體作物料衡算（歐拉法）4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）氣體密度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：換算：質(zhì)量流速不隨溫度壓力變化氣體密度計(jì)算1.3.2機(jī)械能守恒1）沿軌線的機(jī)械能守恒理想流體：μ=0

運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)量力和壓強(qiáng)力的作用1.3.2機(jī)械能守恒上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。定態(tài)條件：流線與軌線重合，故伯努利方程對(duì)單根流線也適合。理想流體管流的機(jī)械能守恒均勻流段（各流線都是平行的直線并與截面垂）：同一截面上各點(diǎn)的總勢(shì)能P/ρ相等（圖1-12）理想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速u相等所以，伯努利方程對(duì)管流也適用上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算與理想流體的差別μ≠0 ，u=f(r)流動(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能，機(jī)械能不守恒；均勻流段上，截面上各點(diǎn)的動(dòng)能u2/2不等，工程上用平均動(dòng)能代替之。平均的原則：截面上總動(dòng)能相等。動(dòng)能因子α在工業(yè)上常見的速度分布α≈1，動(dòng)能項(xiàng)可用平均流速。實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算柏努利方程的應(yīng)用條件：（1）重力場(chǎng)，定態(tài)流動(dòng)，不可壓縮的理想流體沿軌線滿流。（2）無外加機(jī)械能或機(jī)械能輸出。1.3.2.2推廣到工程上可用形式沿軌線--→沿流線定態(tài)：流線與軌線重合

u、p等參數(shù)與時(shí)間無關(guān)沿流線--→沿流管截面處均勻流（沒有加速度）截面處流速均勻分布平均速度→速度分布引入α理想流體→黏性損失引入hf柏努利方程的應(yīng)用條件：關(guān)于加速度：點(diǎn)1有當(dāng)?shù)丶铀俣?、有遷移加速度點(diǎn)2只有當(dāng)?shù)丶铀俣赛c(diǎn)3有遷移加速度點(diǎn)4沒有加速度關(guān)于加速度：均勻流段均勻分布均勻流段得機(jī)械能衡算式：1.3.2.3應(yīng)用時(shí)注意

u1A1=u2A2+u3A3得機(jī)械能衡算式：應(yīng)用時(shí)注意

(錄像)應(yīng)用時(shí)注意應(yīng)用時(shí)注意閥開、閥關(guān)應(yīng)用時(shí)注意1.3.2.4工程應(yīng)用(1)測(cè)風(fēng)量由1-1至2-2排方程壓差計(jì)：可得：

1.3.2.4工程應(yīng)用(2)虹吸從1-1至2-2排方程(2)虹吸(3)馬利奧特容器求水面在a-a面以上時(shí)的放水速度：由a-a面至出口小孔截面2-2排方程這時(shí)的流動(dòng)條件是定態(tài)的實(shí)際:(3)馬利奧特容器機(jī)械能衡算式導(dǎo)出步驟：①

簡(jiǎn)化將問題先簡(jiǎn)化到可分析的狀況，得理論解。②

修正逐一解決與實(shí)際的差距，使結(jié)果可工程應(yīng)用。應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題：①

看是否符合應(yīng)用條件（連續(xù)流，滿流）②

畫示意圖③

截面選取均勻流，已知量最多，大截面u=0

機(jī)械能衡算式導(dǎo)出步驟：真空吸料現(xiàn)要將30℃的乙醇輸送到高位槽，,管子,流量0.004m3/s。有人建議抽真空，使料液吸上。忽略hf。求：p=?真空吸料解：從1-2排柏努利方程

=5520Pa(絕)

根據(jù)物化知識(shí)30℃pV=10700Pa解：從1-2排柏努利方程根據(jù)物化知識(shí)30℃pV=1070擬定態(tài)處理已知：D=1m,d=40mm,h=0.5m求：放完水所需時(shí)間τ

擬定態(tài)處理解：從1至2截面排柏努利方程任一瞬時(shí)∴對(duì)桶內(nèi)液體作質(zhì)量衡算輸入+生成=輸出+積累解：從1至2截面排柏努利方程問題：1.行使的列車旁，人為什么不能靠得太近？2.飛機(jī)的升力如何來的？3.旋轉(zhuǎn)的乒乓球?yàn)槭裁醋呋【€？4.穿堂風(fēng)是什么？（空氣對(duì)流原理）5.山上的瀑布是如何形成的？化工原理-第三版-陳敏恒-課件-華東理工內(nèi)部1本次講課習(xí)題：第一章11，12，13，14，15，16本次講課習(xí)題：柏努利演示

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