化工原理課件流體流動(dòng)操作單元

單元一流體流動(dòng)操作

單元一流體流動(dòng)操作1一、流體的基本性質(zhì)及計(jì)算◆流體：具有流動(dòng)性的物體，包括氣體和液體?！袅黧w質(zhì)點(diǎn)（流體微團(tuán)）：大量分子的集團(tuán)。（省略分子運(yùn)動(dòng)對流體宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。）◆可壓縮流體與不可壓縮流體可壓縮流體不可壓縮流體流體氣體液體一、流體的基本性質(zhì)及計(jì)算◆流體：具有流動(dòng)性的物體，包括氣體和2（一）密度與相對密度1、密度ρ=單位：kg/m3

2、氣體的密度ρ==單位：kg/m3

注：其中P的單位是KPa,R=8.314kJ/kmol·K（一）密度與相對密度1、密度33、混合物的密度（1）液體混合物(i=1、2、3...n)

（2）氣體混合物a、(i=1、2、3...n)3、混合物的密度（1）液體混合物4

b、其中：例題：略；b、54、相對密度（比重）基準(zhǔn)值：1個(gè)大氣壓，4℃（277K）下水的密度。5、比體積單位：m3/kg；4、相對密度（比重）6（二）粘度1、牛頓粘性定律和粘度流體的粘性：流體在流動(dòng)過程中由于流體內(nèi)摩擦力而影響流體向前流動(dòng)的性質(zhì)。：速度梯度，1/s；

μ：比例系數(shù)，稱粘度，N.s/m2

（二）粘度1、牛頓粘性定律和粘度72、說明1、物理意義：當(dāng)=1時(shí)，τ=μ；2、單位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊）3、混合物的粘度（略）4、影響因素：流體種類、溫度、壓力。2、說明1、物理意義：8

5、牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體，大多數(shù)流體。非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體，如：高分子溶液，膠體溶液、泥漿等。5、牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體，9任務(wù)二流體靜力學(xué)及其應(yīng)用任務(wù)二流體靜力學(xué)及其應(yīng)用10

流體力學(xué)流體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)研究流體平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究流體靜止時(shí)內(nèi)部壓力的變化規(guī)律。研究流體流動(dòng)的基本規(guī)律。流體力學(xué)流體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)研究流體平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)11一、流體的壓力1、定義：單位:Pa

2、絕對壓力、表壓力和真空度（1）例：PPA（絕壓）=1.5atm

A設(shè)備PA（表壓）=0.5atm大氣壓：1atmB設(shè)備PB（絕壓）=0.5atm0PB（表壓）=-0.5atmPB（真空度）=0.5atm一、流體的壓力1、定義：12（2）結(jié)論表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)—大氣壓真空度=大氣壓—絕對壓強(qiáng)例：當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)為1.9atm時(shí)，問其表壓為多少？當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)為0.9atm時(shí)，問其表壓又為多少？如用真空度表示是多少?(單位均為大氣壓)（2）結(jié)論表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)—大氣壓133、單位1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg=1.033kgf/cm2=10.33mH2O例題：某設(shè)備內(nèi)壓強(qiáng)為780mmHg,用Pa表示為多少？3、單位1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=14二、流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用1、公式推導(dǎo)：受力分析P=P0+ρgh2、說明：（1）液體內(nèi)部壓力與密度和高度有關(guān)；（2）靜止的、連通的同一種液體,處在同一水平面上兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等；等壓面：壓強(qiáng)相等；（3）巴斯噶原理：液面上方壓強(qiáng)具有傳遞性。（4）壓強(qiáng)大小可以用高度來衡量。二、流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用1、公式推導(dǎo)：受力分析P=153、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差；（2）測量液位；（3）測量液封高度；3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差；16任務(wù)三流動(dòng)流體的物料衡算任務(wù)三流動(dòng)流體的物料衡算17一、流量與流速

質(zhì)量流量：Wskg/h1、流量Ws=Vsρ體積流量:Vsm3/h2、流速：（1）平均流速m/sWs=Vsρ=uAρ（2）質(zhì)量流速：kg/(m2.s)一、流量與流速質(zhì)量流量：Wskg/h183、圓形管道直徑的選取根據(jù)：選擇一常用流速，進(jìn)行計(jì)算：后進(jìn)行圓整。例題：

3、圓形管道直徑的選取根據(jù)：19二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)

流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截面（與流體流動(dòng)方向相垂直的）上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)均不隨時(shí)間而變的叫定態(tài)流動(dòng)。反之，為非定態(tài)流動(dòng)。三、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的物料衡算—連續(xù)性方程

據(jù)質(zhì)量守恒定律：

12二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截20

---流體連續(xù)性方程對于液體（不可壓縮流體）：---液體連續(xù)性方程也可變?yōu)椋阂饬x：流體在定常流動(dòng)時(shí)，流速與管道截面積成反比，與管道直徑的平方成反比?；ぴ碚n件流體流動(dòng)操作單元21四、流動(dòng)流體能量衡算-柏努利方程（一）流動(dòng)系統(tǒng)的能量類型1、流體所具有的機(jī)械能：（1）位能：◆在重力場中，液體高于某基準(zhǔn)面所具有的能量稱為液體的位能。液體在距離基準(zhǔn)面高度為z時(shí)的位能相當(dāng)于流體從基準(zhǔn)面提升高度為z時(shí)重力對液體所作的功?！鬽kg流體所具有的位能：mgz,單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的位能：gz,單位是J/Kg;四、流動(dòng)流體能量衡算-柏努利方程（一）流動(dòng)系統(tǒng)的能量類型22（2）動(dòng)能◆液體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。

◆mkg流體所具有的動(dòng)能：,單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能：，單位是J/Kg;（2）動(dòng)能◆液體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。23（3）靜壓能◆流體自低壓向高壓對抗壓力流動(dòng)時(shí)，流體由此獲得的能量稱為靜壓能?！鬽kg流體所具有的靜壓能：單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能：v——流體的比容（比體積），

（3）靜壓能◆流體自低壓向高壓對抗壓力流動(dòng)時(shí)，流體由此獲得的242、與環(huán)境交換的能量（1）外加能量（外加功），We，單位是J/Kg；（2）熱量Q：換熱器與單位質(zhì)量流體交換的熱量，單位為J/Kg；（3）損失能量（流動(dòng)阻力），Σhf，單位是J/Kg；2、與環(huán)境交換的能量（1）外加能量（外加功），We，單位25（二）流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算--流體柏努利方程◆實(shí)際流體：（1）有流動(dòng)阻力，Σhf，單位是J/Kg；（2）有外加功，We，單位是J/Kg；---實(shí)際流體的柏努利方程（擴(kuò)展了的柏努利方程）（二）流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算--流體柏努利方程◆實(shí)際流體：262、理想流體的柏努利方程◆理想流體，無摩擦力，據(jù)機(jī)械能守恒定律：機(jī)械能＝位能＋動(dòng)能＋壓強(qiáng)能＝常數(shù)◆單位質(zhì)量流體所具有的機(jī)械能---理想流體的柏努利方程2、理想流體的柏努利方程◆理想流體，無摩擦力，據(jù)機(jī)械能守恒定273、討論：◆機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換方程意義：流體的各種機(jī)械能形式之間在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)換的，但總和不變。如圖所示管道：◆系統(tǒng)處在靜止?fàn)顟B(tài)，

3、討論：◆機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換方程28◆對于可壓縮流體如果：，可用，近似按不可壓縮流體處理?！艄街械膒既可以用表壓，也可用絕壓，但須前后保持一致?！魧τ诳蓧嚎s流體如果：，可用29

◆以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)，有：位壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭有效壓頭壓頭損失◆以單位體積位衡算基準(zhǔn),有：

◆以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)，有：305、實(shí)際流體的柏努利方程的應(yīng)用◆計(jì)算兩容器間的相對位置；◆計(jì)算輸送機(jī)械的有效功率；◆計(jì)算流體的輸送量；◆計(jì)算輸送壓強(qiáng)。例題：見課本。5、實(shí)際流體的柏努利方程的應(yīng)用◆計(jì)算兩容器間的相對位置；31五、流動(dòng)流體現(xiàn)象分析（一）雷諾準(zhǔn)數(shù)與流動(dòng)類型1、雷諾實(shí)驗(yàn)

五、流動(dòng)流體現(xiàn)象分析（一）雷諾準(zhǔn)數(shù)與流動(dòng)類型322、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：層流:流體質(zhì)點(diǎn)規(guī)則平行運(yùn)動(dòng);流體流動(dòng)型態(tài)湍流:流體質(zhì)點(diǎn)無規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng);3、流型的判斷（1）影響流型的因素：流速：u；密度：ρ；粘度：μ；直徑：d；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：層流:流體質(zhì)點(diǎn)規(guī)則平33（2）流動(dòng)型態(tài)的判斷：雷諾數(shù)（無量綱準(zhǔn)數(shù)）

（3）判斷：當(dāng)Re<2000,層流；當(dāng)2000<Re〈4000，過渡狀態(tài)；當(dāng)Re>4000，湍流；例：見P23（略）（2）流動(dòng)型態(tài)的判斷：雷諾數(shù)（無量綱準(zhǔn)數(shù)）34（二）流體在圓管內(nèi)的流速分布1、層流時(shí)的速度分布特點(diǎn)：管中心處流速最大2、湍流時(shí)的速度分布3、層流內(nèi)層：（二）流體在圓管內(nèi)的流速分布1、層流時(shí)的速度分布35化工原理課件流體流動(dòng)操作單元36化工原理課件流體流動(dòng)操作單元37化工原理課件流體流動(dòng)操作單元38第六節(jié)化工管路的構(gòu)成與布置一、化工管路的構(gòu)成與標(biāo)準(zhǔn)化化工管路：管子、管件、閥件；1、化工管路的標(biāo)準(zhǔn)化制訂化工管路主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、尺寸、連接、壓力等的標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)施的過程。如壓力標(biāo)準(zhǔn)和直徑標(biāo)準(zhǔn)。（見附表）第六節(jié)化工管路的構(gòu)成與布置一、化工管路的構(gòu)成與標(biāo)準(zhǔn)化392、管子規(guī)格：Φ外徑×壁厚mm，長度為3、4、6、9；（1）鑄鐵管：強(qiáng)度差，價(jià)格低，用作污水管；Φ內(nèi)徑

焊接鋼管（水煤氣管）：輸送水、煤氣等低壓（2）鋼管無腐蝕性介質(zhì)，分為鍍鋅管和黑管。無縫鋼管：輸送高壓、高溫?zé)o腐蝕性流體。合金鋼管：輸送高溫且有腐蝕性介質(zhì)。（3）有色金屬管

2、管子規(guī)格：Φ外徑×壁厚mm，長度為3、4、6、9；40紫銅管銅管特點(diǎn)：重量輕，導(dǎo)熱性好，黃銅管延展性好，用作換熱管。鉛管：耐酸，機(jī)械強(qiáng)度差；鋁管：耐酸不耐堿，輸送濃硝酸等；（4）非金屬管陶瓷管和玻璃管：不耐壓，耐腐蝕；塑料管：種類多，抗腐蝕，易加工；橡膠管：耐酸、堿腐蝕，有彈性，但易老化；紫銅管41化工原理課件流體流動(dòng)操作單元42化工原理課件流體流動(dòng)操作單元433、管件（1）用于改變流向的：彎頭（90°、45°、180°）（2）用于連接支管的：三通、四通等；3、管件（1）用于改變流向的：彎頭（90°、45°、18044

（3）用于堵塞管路的：管帽、絲堵等；（4）其它：改變管徑、延長管路等。（3）用于堵塞管路的：管帽、絲堵等；454、閥件種類：閘閥、截止閥、止回閥、球閥、旋塞、隔膜閥等、蝶閥；截止閥閘閥止回閥旋塞閥球閥

蝶閥4、閥件種類：閘閥、截止閥、止回閥、球閥、截止閥閘閥止回閥46閘閥閘閥47化工原理課件流體流動(dòng)操作單元48化工原理課件流體流動(dòng)操作單元49旋塞閥旋塞閥50球閥球閥51

52二、管子的選用（見流量與流速）三、化工管路的布置與安裝1、布置原則（1）管路短、構(gòu)件少、阻力小；（2）合理安排：間距適宜，便于安裝、操作檢修等；（3）管路排列（4）采用標(biāo)準(zhǔn)件（5）熱補(bǔ)償、氣體排放、凝液排出；（6）高度、位置等；二、管子的選用（見流量與流速）三、化工管路的布置與安裝532、化工管路的安裝（1）化工管路的連接◆螺紋連接◆焊接◆承插式連接◆法蘭連接（2）化工管路的熱補(bǔ)償2、化工管路的安裝（1）化工管路的連接（2）化工管路的熱補(bǔ)償54（3）化工管路的試壓與吹掃（4）化工管路的保溫與涂色（5）化工管路的防靜電措施（3）化工管路的試壓與吹掃（4）化工管路的保溫與涂色55第七節(jié)流動(dòng)系統(tǒng)阻力計(jì)算種類:直管阻力(hf)局部阻力(hf’)流動(dòng)阻力:Σhf第七節(jié)流動(dòng)系統(tǒng)阻力計(jì)算種類:直管阻力(hf)流動(dòng)阻力:Σ56一、直管內(nèi)的流動(dòng)阻力1、計(jì)算公式：通過對流體進(jìn)行能量衡算和受力分析，得出：范寧公式其中：摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）阻力壓降：壓頭損失：一、直管內(nèi)的流動(dòng)阻力1、計(jì)算公式：572、層流時(shí)的摩擦因數(shù)影響摩擦因數(shù)大小的原因：(1)流動(dòng)型態(tài)（Re）絕對粗糙度εmm(2)管壁粗糙程度相對粗糙度ε/d3、湍流時(shí)的摩擦因數(shù)

其中：ε/d相對粗糙度通過實(shí)驗(yàn)，得到計(jì)算λ的經(jīng)驗(yàn)公式或摩擦因數(shù)圖：2、層流時(shí)的摩擦因數(shù)影響摩擦因數(shù)大小的原因：(1)流動(dòng)型態(tài)（58圖圖59*摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系匯總層流區(qū)：湍流區(qū)：完全湍流區(qū)：過渡區(qū)：既可以按層流計(jì)算，也可以按湍流查圖。*摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系匯總層流區(qū)：60補(bǔ)充:非圓形直管的阻力損失當(dāng)量直徑：同心套管：此時(shí)，（C值可查表）補(bǔ)充:非圓形直管的阻力損失當(dāng)量直徑：61二、局部阻力計(jì)算1、局部阻力：流體流經(jīng)局部位置所產(chǎn)生的阻力。形體阻力：由于流體流速、流動(dòng)方局部阻力向改變產(chǎn)生的阻力摩擦阻力當(dāng)量長度法2、計(jì)算方法阻力系數(shù)法二、局部阻力計(jì)算1、局部阻力：流體流經(jīng)局部位置所產(chǎn)生的阻力。62局部位置阻力局部位置阻力631、當(dāng)量長度法J/Kg2、阻力系數(shù)法

J/Kg

（各局部位置的阻力系數(shù)見附表）（1）突然擴(kuò)大與突然縮小計(jì)算：查取阻力系數(shù)ξ。1、當(dāng)量長度法64（2）進(jìn)口與出口

出口損失的計(jì)算：如果出口截面選在管出口內(nèi)側(cè)，則不計(jì)出口損失，出口處流速不為零；如果出口截面選在管出口外側(cè)，則計(jì)算出口損失，出口流速為零；（2）進(jìn)口與出口65（3）管件與閥門

阻力系數(shù)、當(dāng)量長度可查表。四、流體在管內(nèi)流動(dòng)總阻力的計(jì)算1、阻力計(jì)算公式（1）J/Kg（2）J/Kg（3）管件與閥門阻力系數(shù)、當(dāng)量長度可查表66注：對于不等徑管路，由于管內(nèi)流速不

同，阻力應(yīng)分段計(jì)算。

2、減小阻力的方法（1）減少管長，減少管件、閥門的布置；（2）適當(dāng)加大直徑，或選用光滑管；（3）降低流動(dòng)速度；（4）降低流體粘度；（5）加入減阻劑；例題：見P35。（略）注：對于不等徑管路，由于管內(nèi)流速不

同，阻力應(yīng)67補(bǔ)充內(nèi)容管路計(jì)算一、簡單管路與復(fù)雜管路等徑管路1、簡單管路串聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）、（2）、補(bǔ)充內(nèi)容管路計(jì)算一、簡單管路與復(fù)雜管路682、復(fù)雜管路并聯(lián)管路復(fù)雜管路分支管路匯合管路2、復(fù)雜管路并聯(lián)管路69并聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）（2）分支管路特點(diǎn)：（1）（2）分支點(diǎn)處單位質(zhì)量流體的機(jī)械能總和為一定值。并聯(lián)管路特點(diǎn)：70第八節(jié)流量的測定一、皮托測速管1、結(jié)構(gòu)及原理2、流速計(jì)算A點(diǎn)壓強(qiáng)能：B點(diǎn)壓強(qiáng)能：A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)能差值：聯(lián)立：注：實(shí)際計(jì)算時(shí)加校正系數(shù)C。第八節(jié)流量的測定一、皮托測速管71

72二、孔板流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)與原理:

二、孔板流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)與原理:73

742、流量計(jì)算：考慮通過孔子口的阻力損失,用c1校正,2、流量計(jì)算：75考慮到測壓口的位置與實(shí)際縮脈處的位

置有差別,引入一校正系數(shù)c2。令：考慮到測壓口的位置與實(shí)際縮脈處的位

置有差別,引入一校76三、文丘里流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)及原理：2、流量計(jì)算：

CV：文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)；3、討論：（1）阻力損失??；（2）CV一般介于0.98~0.99間；（3）造價(jià)較高；三、文丘里流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)及原理：77化工原理課件流體流動(dòng)操作單元78四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)及原理：2、測量計(jì)算：四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)及原理：79

803、討論（1）CR=f(Re);（2）轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的刻度是以某種流體標(biāo)定的。標(biāo)定流體為20℃的清水或20℃，101.3kPa的空氣。校正方法：對于氣體：（3）讀數(shù)方便，阻力損失小，測量范圍寬；（4）必須安裝在垂直管道上，流體必須是下進(jìn)上出；3、討論（1）CR=f(Re);81單元一流體流動(dòng)操作

單元一流體流動(dòng)操作82一、流體的基本性質(zhì)及計(jì)算◆流體：具有流動(dòng)性的物體，包括氣體和液體。◆流體質(zhì)點(diǎn)（流體微團(tuán)）：大量分子的集團(tuán)。（省略分子運(yùn)動(dòng)對流體宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。）◆可壓縮流體與不可壓縮流體可壓縮流體不可壓縮流體流體氣體液體一、流體的基本性質(zhì)及計(jì)算◆流體：具有流動(dòng)性的物體，包括氣體和83（一）密度與相對密度1、密度ρ=單位：kg/m3

2、氣體的密度ρ==單位：kg/m3

注：其中P的單位是KPa,R=8.314kJ/kmol·K（一）密度與相對密度1、密度843、混合物的密度（1）液體混合物(i=1、2、3...n)

（2）氣體混合物a、(i=1、2、3...n)3、混合物的密度（1）液體混合物85

b、其中：例題：略；b、864、相對密度（比重）基準(zhǔn)值：1個(gè)大氣壓，4℃（277K）下水的密度。5、比體積單位：m3/kg；4、相對密度（比重）87（二）粘度1、牛頓粘性定律和粘度流體的粘性：流體在流動(dòng)過程中由于流體內(nèi)摩擦力而影響流體向前流動(dòng)的性質(zhì)。：速度梯度，1/s；

μ：比例系數(shù)，稱粘度，N.s/m2

（二）粘度1、牛頓粘性定律和粘度882、說明1、物理意義：當(dāng)=1時(shí)，τ=μ；2、單位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊）3、混合物的粘度（略）4、影響因素：流體種類、溫度、壓力。2、說明1、物理意義：89

5、牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體，大多數(shù)流體。非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體，如：高分子溶液，膠體溶液、泥漿等。5、牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體，90任務(wù)二流體靜力學(xué)及其應(yīng)用任務(wù)二流體靜力學(xué)及其應(yīng)用91

流體力學(xué)流體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)研究流體平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究流體靜止時(shí)內(nèi)部壓力的變化規(guī)律。研究流體流動(dòng)的基本規(guī)律。流體力學(xué)流體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)研究流體平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)92一、流體的壓力1、定義：單位:Pa

2、絕對壓力、表壓力和真空度（1）例：PPA（絕壓）=1.5atm

A設(shè)備PA（表壓）=0.5atm大氣壓：1atmB設(shè)備PB（絕壓）=0.5atm0PB（表壓）=-0.5atmPB（真空度）=0.5atm一、流體的壓力1、定義：93（2）結(jié)論表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)—大氣壓真空度=大氣壓—絕對壓強(qiáng)例：當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)為1.9atm時(shí)，問其表壓為多少？當(dāng)某設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)為0.9atm時(shí)，問其表壓又為多少？如用真空度表示是多少?(單位均為大氣壓)（2）結(jié)論表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)—大氣壓943、單位1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg=1.033kgf/cm2=10.33mH2O例題：某設(shè)備內(nèi)壓強(qiáng)為780mmHg,用Pa表示為多少？3、單位1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=95二、流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用1、公式推導(dǎo)：受力分析P=P0+ρgh2、說明：（1）液體內(nèi)部壓力與密度和高度有關(guān)；（2）靜止的、連通的同一種液體,處在同一水平面上兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等；等壓面：壓強(qiáng)相等；（3）巴斯噶原理：液面上方壓強(qiáng)具有傳遞性。（4）壓強(qiáng)大小可以用高度來衡量。二、流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用1、公式推導(dǎo)：受力分析P=963、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差；（2）測量液位；（3）測量液封高度；3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差；97任務(wù)三流動(dòng)流體的物料衡算任務(wù)三流動(dòng)流體的物料衡算98一、流量與流速

質(zhì)量流量：Wskg/h1、流量Ws=Vsρ體積流量:Vsm3/h2、流速：（1）平均流速m/sWs=Vsρ=uAρ（2）質(zhì)量流速：kg/(m2.s)一、流量與流速質(zhì)量流量：Wskg/h993、圓形管道直徑的選取根據(jù)：選擇一常用流速，進(jìn)行計(jì)算：后進(jìn)行圓整。例題：

3、圓形管道直徑的選取根據(jù)：100二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)

流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截面（與流體流動(dòng)方向相垂直的）上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)均不隨時(shí)間而變的叫定態(tài)流動(dòng)。反之，為非定態(tài)流動(dòng)。三、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的物料衡算—連續(xù)性方程

據(jù)質(zhì)量守恒定律：

12二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截101

---流體連續(xù)性方程對于液體（不可壓縮流體）：---液體連續(xù)性方程也可變?yōu)椋阂饬x：流體在定常流動(dòng)時(shí)，流速與管道截面積成反比，與管道直徑的平方成反比。化工原理課件流體流動(dòng)操作單元102四、流動(dòng)流體能量衡算-柏努利方程（一）流動(dòng)系統(tǒng)的能量類型1、流體所具有的機(jī)械能：（1）位能：◆在重力場中，液體高于某基準(zhǔn)面所具有的能量稱為液體的位能。液體在距離基準(zhǔn)面高度為z時(shí)的位能相當(dāng)于流體從基準(zhǔn)面提升高度為z時(shí)重力對液體所作的功。◆mkg流體所具有的位能：mgz,單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的位能：gz,單位是J/Kg;四、流動(dòng)流體能量衡算-柏努利方程（一）流動(dòng)系統(tǒng)的能量類型103（2）動(dòng)能◆液體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。

◆mkg流體所具有的動(dòng)能：,單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能：，單位是J/Kg;（2）動(dòng)能◆液體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。104（3）靜壓能◆流體自低壓向高壓對抗壓力流動(dòng)時(shí)，流體由此獲得的能量稱為靜壓能?！鬽kg流體所具有的靜壓能：單位是：J;單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能：v——流體的比容（比體積），

（3）靜壓能◆流體自低壓向高壓對抗壓力流動(dòng)時(shí)，流體由此獲得的1052、與環(huán)境交換的能量（1）外加能量（外加功），We，單位是J/Kg；（2）熱量Q：換熱器與單位質(zhì)量流體交換的熱量，單位為J/Kg；（3）損失能量（流動(dòng)阻力），Σhf，單位是J/Kg；2、與環(huán)境交換的能量（1）外加能量（外加功），We，單位106（二）流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算--流體柏努利方程◆實(shí)際流體：（1）有流動(dòng)阻力，Σhf，單位是J/Kg；（2）有外加功，We，單位是J/Kg；---實(shí)際流體的柏努利方程（擴(kuò)展了的柏努利方程）（二）流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算--流體柏努利方程◆實(shí)際流體：1072、理想流體的柏努利方程◆理想流體，無摩擦力，據(jù)機(jī)械能守恒定律：機(jī)械能＝位能＋動(dòng)能＋壓強(qiáng)能＝常數(shù)◆單位質(zhì)量流體所具有的機(jī)械能---理想流體的柏努利方程2、理想流體的柏努利方程◆理想流體，無摩擦力，據(jù)機(jī)械能守恒定1083、討論：◆機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換方程意義：流體的各種機(jī)械能形式之間在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)換的，但總和不變。如圖所示管道：◆系統(tǒng)處在靜止?fàn)顟B(tài)，

3、討論：◆機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換方程109◆對于可壓縮流體如果：，可用，近似按不可壓縮流體處理?！艄街械膒既可以用表壓，也可用絕壓，但須前后保持一致?！魧τ诳蓧嚎s流體如果：，可用110

◆以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)，有：位壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭有效壓頭壓頭損失◆以單位體積位衡算基準(zhǔn),有：

◆以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)，有：1115、實(shí)際流體的柏努利方程的應(yīng)用◆計(jì)算兩容器間的相對位置；◆計(jì)算輸送機(jī)械的有效功率；◆計(jì)算流體的輸送量；◆計(jì)算輸送壓強(qiáng)。例題：見課本。5、實(shí)際流體的柏努利方程的應(yīng)用◆計(jì)算兩容器間的相對位置；112五、流動(dòng)流體現(xiàn)象分析（一）雷諾準(zhǔn)數(shù)與流動(dòng)類型1、雷諾實(shí)驗(yàn)

五、流動(dòng)流體現(xiàn)象分析（一）雷諾準(zhǔn)數(shù)與流動(dòng)類型1132、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：層流:流體質(zhì)點(diǎn)規(guī)則平行運(yùn)動(dòng);流體流動(dòng)型態(tài)湍流:流體質(zhì)點(diǎn)無規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng);3、流型的判斷（1）影響流型的因素：流速：u；密度：ρ；粘度：μ；直徑：d；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：層流:流體質(zhì)點(diǎn)規(guī)則平114（2）流動(dòng)型態(tài)的判斷：雷諾數(shù)（無量綱準(zhǔn)數(shù)）

（3）判斷：當(dāng)Re<2000,層流；當(dāng)2000<Re〈4000，過渡狀態(tài)；當(dāng)Re>4000，湍流；例：見P23（略）（2）流動(dòng)型態(tài)的判斷：雷諾數(shù)（無量綱準(zhǔn)數(shù)）115（二）流體在圓管內(nèi)的流速分布1、層流時(shí)的速度分布特點(diǎn)：管中心處流速最大2、湍流時(shí)的速度分布3、層流內(nèi)層：（二）流體在圓管內(nèi)的流速分布1、層流時(shí)的速度分布116化工原理課件流體流動(dòng)操作單元117化工原理課件流體流動(dòng)操作單元118化工原理課件流體流動(dòng)操作單元119第六節(jié)化工管路的構(gòu)成與布置一、化工管路的構(gòu)成與標(biāo)準(zhǔn)化化工管路：管子、管件、閥件；1、化工管路的標(biāo)準(zhǔn)化制訂化工管路主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、尺寸、連接、壓力等的標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)施的過程。如壓力標(biāo)準(zhǔn)和直徑標(biāo)準(zhǔn)。（見附表）第六節(jié)化工管路的構(gòu)成與布置一、化工管路的構(gòu)成與標(biāo)準(zhǔn)化1202、管子規(guī)格：Φ外徑×壁厚mm，長度為3、4、6、9；（1）鑄鐵管：強(qiáng)度差，價(jià)格低，用作污水管；Φ內(nèi)徑

焊接鋼管（水煤氣管）：輸送水、煤氣等低壓（2）鋼管無腐蝕性介質(zhì)，分為鍍鋅管和黑管。無縫鋼管：輸送高壓、高溫?zé)o腐蝕性流體。合金鋼管：輸送高溫且有腐蝕性介質(zhì)。（3）有色金屬管

2、管子規(guī)格：Φ外徑×壁厚mm，長度為3、4、6、9；121紫銅管銅管特點(diǎn)：重量輕，導(dǎo)熱性好，黃銅管延展性好，用作換熱管。鉛管：耐酸，機(jī)械強(qiáng)度差；鋁管：耐酸不耐堿，輸送濃硝酸等；（4）非金屬管陶瓷管和玻璃管：不耐壓，耐腐蝕；塑料管：種類多，抗腐蝕，易加工；橡膠管：耐酸、堿腐蝕，有彈性，但易老化；紫銅管122化工原理課件流體流動(dòng)操作單元123化工原理課件流體流動(dòng)操作單元1243、管件（1）用于改變流向的：彎頭（90°、45°、180°）（2）用于連接支管的：三通、四通等；3、管件（1）用于改變流向的：彎頭（90°、45°、180125

（3）用于堵塞管路的：管帽、絲堵等；（4）其它：改變管徑、延長管路等。（3）用于堵塞管路的：管帽、絲堵等；1264、閥件種類：閘閥、截止閥、止回閥、球閥、旋塞、隔膜閥等、蝶閥；截止閥閘閥止回閥旋塞閥球閥

蝶閥4、閥件種類：閘閥、截止閥、止回閥、球閥、截止閥閘閥止回閥127閘閥閘閥128化工原理課件流體流動(dòng)操作單元129化工原理課件流體流動(dòng)操作單元130旋塞閥旋塞閥131球閥球閥132

133二、管子的選用（見流量與流速）三、化工管路的布置與安裝1、布置原則（1）管路短、構(gòu)件少、阻力??；（2）合理安排：間距適宜，便于安裝、操作檢修等；（3）管路排列（4）采用標(biāo)準(zhǔn)件（5）熱補(bǔ)償、氣體排放、凝液排出；（6）高度、位置等；二、管子的選用（見流量與流速）三、化工管路的布置與安裝1342、化工管路的安裝（1）化工管路的連接◆螺紋連接◆焊接◆承插式連接◆法蘭連接（2）化工管路的熱補(bǔ)償2、化工管路的安裝（1）化工管路的連接（2）化工管路的熱補(bǔ)償135（3）化工管路的試壓與吹掃（4）化工管路的保溫與涂色（5）化工管路的防靜電措施（3）化工管路的試壓與吹掃（4）化工管路的保溫與涂色136第七節(jié)流動(dòng)系統(tǒng)阻力計(jì)算種類:直管阻力(hf)局部阻力(hf’)流動(dòng)阻力:Σhf第七節(jié)流動(dòng)系統(tǒng)阻力計(jì)算種類:直管阻力(hf)流動(dòng)阻力:Σ137一、直管內(nèi)的流動(dòng)阻力1、計(jì)算公式：通過對流體進(jìn)行能量衡算和受力分析，得出：范寧公式其中：摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）阻力壓降：壓頭損失：一、直管內(nèi)的流動(dòng)阻力1、計(jì)算公式：1382、層流時(shí)的摩擦因數(shù)影響摩擦因數(shù)大小的原因：(1)流動(dòng)型態(tài)（Re）絕對粗糙度εmm(2)管壁粗糙程度相對粗糙度ε/d3、湍流時(shí)的摩擦因數(shù)

其中：ε/d相對粗糙度通過實(shí)驗(yàn)，得到計(jì)算λ的經(jīng)驗(yàn)公式或摩擦因數(shù)圖：2、層流時(shí)的摩擦因數(shù)影響摩擦因數(shù)大小的原因：(1)流動(dòng)型態(tài)（139圖圖140*摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系匯總層流區(qū)：湍流區(qū)：完全湍流區(qū)：過渡區(qū)：既可以按層流計(jì)算，也可以按湍流查圖。*摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系匯總層流區(qū)：141補(bǔ)充:非圓形直管的阻力損失當(dāng)量直徑：同心套管：此時(shí)，（C值可查表）補(bǔ)充:非圓形直管的阻力損失當(dāng)量直徑：142二、局部阻力計(jì)算1、局部阻力：流體流經(jīng)局部位置所產(chǎn)生的阻力。形體阻力：由于流體流速、流動(dòng)方局部阻力向改變產(chǎn)生的阻力摩擦阻力當(dāng)量長度法2、計(jì)算方法阻力系數(shù)法二、局部阻力計(jì)算1、局部阻力：流體流經(jīng)局部位置所產(chǎn)生的阻力。143局部