化学工程基础复习.ppt

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1、《化学工程基础》复习2021/7/221第二章流体流动与输送内容提要：本章主要讨论化工生产过程中的流体流动的基本原理及流体流动的基本规律，并运用这些原理与规律去分析和解决化工生产中的物料输送问题。基本要求：1.了解化工生产过程中流体流动的基本规律；2.掌握柏努利方程及其在化工生产中的应用；3.掌握流体在管内流动阻力的计算；4.了解流体输送机械的工作原理和相关计算。2021/7/222流体静力学方程受力分析：1）向上作用于薄层底面的总压力pA2）向下作用于薄层顶面的总压力（p+dp）A3）薄层向下作用的重力ρgdzA平衡时：所有力相等pA

2、=（p+dp）A+ρgdzA积分得：p2=p1+ρg（z1-z2）——流体静力学基本方程2021/7/223=此数群被称之为雷诺准数。雷诺准数值的大小，可以用来判断流动类型。Re<2000，层流；Re>4000，湍流，Re=2000-4000，过渡流。2021/7/224流动边界层2021/7/225在δ距离内流体层呈现速度梯度，这个速度梯度区称为流动边界层。层流内层或滞流内层稳定段的长度L0：流体流动从管道入口开始形成边界层起直到发展到边界层在管道中心汇合为止的长度。层流稳定段长度：L0/d=0.0575Re湍流一般为圆管直径的50~

3、100倍。2021/7/226——实际流体的柏努利方程式注意:压头H’e=W/(qmg)，(m)；压头损失∑Hf=E失/(qmg)，(m)——理想柏努利方程式2021/7/227柏努利方程的应用，要注意以下几点：1.选取截面，实际是确定衡算范围。截面可以有许多，选取已知条件最多的截面，是选取截面的原则。从数学角度讲，选取截面就是选边界条件。2.确定基准面。主要是计算截面处的相对位能。一般是选位能较底的那个截面为基准面。此时这个截面的位能为零。3.压强的单位要统一。要么都用表压，要么都用绝压等。如有通大气的截面，以表压为单位时，该处截面表

4、压为零。2021/7/2284．大口截面的流速为零。5．上游截面与下游截面的确定。柏努利方程更确切的表达式为：上游截面的三项能量+从输送机械获得的能量=下游截面的三项能量+管道中的摩擦损失能量6．水平管截面确定基准面时，一般是取通过管中心的水平面为基准面。2021/7/229管内流动阻力在管路流动阻力分直管阻力和局部阻力。流体流动的总阻力损失=沿直管流动产生的摩擦阻力损失+遇到变径、变向的障碍产生的局部阻力损失压降：△P=ρ∑hf=ρ（hf+h’f)2021/7/2210连续性假定：化学工程中所研究的液体流动规律，不论是液体分子的微观运

5、动，还是流体在生产装置内的整体机械运动，它都是由无数流体质点所组成的连续介质，因此可以取大量流体分子组成的微团为流体运动质点，并以这样的质点为研究对象。理想流体：无黏性、在流动中不产生摩擦阻力的流体。相对密度：物质密度与4℃纯水密度之比，用符号d表示，量纲为一。平均密度：各组分密度与其相对体积分数乘积之和。流体静力学方程应用：U行管压差计、微差压差计、液位计、液封。2021/7/2211流量：单位时间内通过导管任意横截面积的流体量为流量。流速：单位时间内流体在导管内流过的距离称为流速。流速的选择：建设投资费用和运行操作费用综合考虑经济流

6、速。稳态流动：在流体流动系统内，任一空间位置上的流量、流速、压力和密度等物理参数，只随空间位置的改变而改变，而不随时间变化的流动。层流：管中流动流体的质点只沿管轴方向平行流动，而不作垂直于管轴的径向扰动。（或称滞留）2021/7/2212湍流：管中流动流体的质点相互扰混，使流体质点的流动速率和方向呈现不规则变化，甚至形成涡流。（或称紊流）黏性：流体流动时，往往产生阻碍流体流动的内摩擦力的流动特性。黏度：一般由实验测定，与压强关系不大，但受温度影响。液体的黏度随温度的升高而减小，气体的黏度随温度的升高而增大。单位1P=100cP=0.1P

7、a·s=0.1N·s·m-2运动黏度：流体黏度μ与密度ρ之比，符号用ν表示，单位m2·s-1边界层：壁面附近流速变化较大的区域，u=0~99%u，流动阻力主要集中在此区域。主流区：流速基本不变化，u≥98%u，流动阻力可忽略。2021/7/2213稳定段长度L：流体流动从管道入口开始形成边界层起直到发展到边界层在管道中心汇合为止的长度。边界层分离：当流体通过曲面（圆柱体表面、球面等）流动时，则出现边界层脱离固体壁面的流动现象。还通常发生在管道截面突然收缩或扩大，突然改变流动方向，以及流动过程中遇到障碍物等处。形体阻力:由于固体表面的形状

8、致使流体流动时产生漩涡而导致的能量损失。流速分布：一半管中心处的流速最大，越靠近管壁流速越小，紧靠管壁的流速等于零。平均流速为最大流速的一半。2021/7/2214直管阻力：又称沿程阻力，是流体沿直管流动时