化工原理1.2.1流體流量與流速

流體動力流體的流量與流定態(tài)流動與非定態(tài)流定態(tài)流動系統(tǒng)的質(zhì)量守——連續(xù)性方定態(tài)流動系統(tǒng)的能量守— 方本節(jié)重點連續(xù)性方程 方程本節(jié)難點面及基準(zhǔn)面，解決流體流動問題流體動力流體的流量與流定義：單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量體積流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截流體體積VS——m3/s或m3/hmS——kg/s或kg/h二者關(guān)系

msVs

（1-點速度：流通截面上某一點的速度。用ur來表以u表示，單位為m/s。上，平均流速簡稱為流速uuA 質(zhì)量流速與流速的關(guān)系為GG VsAA流量與流速的關(guān)

VsuA

(1-三、管徑的估一般化工管道為圓形，若以d表示管道的內(nèi)徑，則uuAud4dd流速選擇u↑→d↓→設(shè)備費用↓ 考流動阻力動力消耗↑→操作費費費用總費操作設(shè)備uu圖1-12管徑與總費用關(guān)系常壓氣體流速為10m/s，飽和蒸汽流速為20～40一般，密度大或粘度大的流體，流速取小一些例廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，解：取水在管內(nèi)的流速為 dd430/36000.077m

水在管中的實際流速為uud4在適宜流速范圍內(nèi)，所以該管子合適定態(tài)流動與非定態(tài)流T,p,uf(x,y,z)圖1-13態(tài)流T,p,uf(x,y,z,圖1-14定態(tài)流本章重點討論定態(tài)流動問定態(tài)流動系統(tǒng)的質(zhì)量守——連續(xù)性方1212質(zhì)量必然相等

圖1-15連續(xù)性方程的推

2u2

(1-(1-推廣至任意截

1u1

2u2

uA

(1-

u2

uA

(1-上式表明不可壓縮性流體流經(jīng)各截面時的體積對于圓形管道： 1 2 1 2 2uA2u2d1112解：管1的內(nèi)徑d18924則水在管1中的流速 V14d219103 管2的內(nèi)徑d210824由式（1-24d），則水在管2中的流速 udd121 1.75(81)222管3a及3b的內(nèi)徑d35723.5又水在分支管路3a、3b中的流量相等，則u2 2u3即水在管3a和3b中的流速 u2(d2)232d1.15100)23( 定態(tài)流動系統(tǒng)的機(jī)械能守 方 一、總能量衡2p,u p,u, z20圖1-16總能量衡基準(zhǔn)面：0-0′流體的能量有以下幾種形內(nèi)能 于物 的能量1kg流體具有的內(nèi)能為U，其單位為J/kg將質(zhì)量為mkg的流體自基準(zhǔn)水平面0-0′升舉位能1kg的流體所具有的位能為zg，其單位為J/kg（3）動能流體以一定速度流動，便具有動能動能動能1mu221u21kg的流體所具有的動能 ，其1u2VA靜壓能VAFlpAFlpAVA圖1-17靜壓能示意pVmpVm熱外功(有效功1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量 zg112u21p11Wee zg12222122WqWqUzg12 2eep （1-以上能量形式可分為兩類內(nèi)能與熱：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w的能二、實際流體的機(jī)械能衡(1)以單位質(zhì)量流體為基 流動系統(tǒng)無熱交換，則流體溫度不變，則并且實際流體流動時有能量損式（1-25）可簡化zg zg 12p1121 zg 1e2222f以單位重量流體為將式（1-26）各項同除重力加速度gzz112gu211g 122g22 p2WfgHeHegfWfg則 zz1u2 z1u2 11e22f（1-m/s2Jm/s2J/kgJNu2gzu2g——動壓p——p

總壓He——外加壓頭或有效壓頭Σhf——壓頭損z1g12 pWzz1g12 pWz211e2g 12u222fz1z1g12 pWz211e2g 12u222f△Pf ——壓力損JkgkgJkgkgJm3三、理想流體的機(jī)械能衡對于理想流體又無外功加入時，式（1-26）（1-26a）、（1-26b）可分別簡化為zgzg 12p1121zg12222p2zz12g 2p111 122g22p2zg12u pzg212u2111222（1-（1-通常，式（1-27）、（1-27a）、（1-27b） 式（1-2）、（-2、（1-26）是方程的引申， 上也稱為 方程式zgp1zgp1zgp212（1）如果系統(tǒng)中的流體于靜止?fàn)?，則0，沒有流動，自然沒有能量損失，f0，當(dāng)然也不需要外加功，=，則 方變?yōu)椋悍匠坛硎玖黧w的運(yùn)動規(guī)律外，還表示流zgzg1u2p2z1u2 p2gzg1u2p2 方程式（1-27）、（1-27a）（1-（1-（1-（3） 方程式（1-26）中，zg、

1u2Ne

（1-式中Ne——有效功ms——流體的質(zhì)量流量，kg/s軸功率：

（1-NNe式中：N——流體輸送機(jī)械的軸功率，W；NNe（4）式（1-26）、（1-26a）（1-26b）適用pp1五 方程的應(yīng) 管路中流體的壓力；容器間的相對位 系統(tǒng)的衡算范圍；為計算方便，宜于選取兩截面中位置較低的截面截面的選取與流體的流動方向相垂直例:如圖所示， 槽向塔內(nèi)進(jìn)料 解 （1-26a）以單位重量體為基準(zhǔn)計算比較方便 112gu21p1e 122g22p2fu2d3.60.7854其中：z1=h； 槽截面比管道截面大得多即：u1≈0p1=0（表壓）；z2=0；p2=0（表壓Σhfh120.79621.2h120.79621.2計算結(jié)果表明，動能項數(shù)值很小，流能例:如圖所示，某廠利用噴射泵輸送氨。管中稀氨水的質(zhì)量流量為1×104kg/h，密度為解：如圖54所示，取稀氨水 方zgzg12 2111Wzge212u22fu142d100001

z1=0p1=147×103Pa（表壓 u(d1)21.26(0.053)221d2We=0；ΣWf=將以上各值代入上式112 2147103122p2 p2=－71.45kPa（表壓）例:某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為 1zug22e122 22W1zug22e122 22We(z2z1)g2(u2 )122p2Wf1′截面為基準(zhǔn)水平面在1-1′和2-2′截面間 方 其中

z1=0；p1=0（表壓）；u1≈0p2=29.4×103Pa（表壓 d)21.2100)22入d2( ρ=1100kg/m3，∑Wf=30.8WW 2.4512e229.4103 堿液的質(zhì)量流量mm u0.7850.072.45110022s4 泵的有效功率

泵的效率為60%，則泵的軸功NN 2.51eqe2p,up

,

z 圖1-16總能量衡zzg112u21p1 zge212u22f（1-zzg112u21p1 zge212u22f（1-zz1u2 z1u2 12g1e22g2f（1-zz1g12u21pWz1e2g12u222f（1-zgzg112u21p1 zge212u22fzz1u2 z1u2 12g1e22g2fzz1g12 pWz211e2g12u222fzgzg112u21p1zg12222p2zgzg 12p1121zg12222p2zz12g 2p111 122g22p2zzg12u pzg212u21112222p,u p,u,