化工原理第一章（管内流体流动的基本方程式）2008

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1、第一章流体流动第二节管内流体流动的基本方程式一、流量与流速二、定态流动与非定态流动三、连续性方程式四、柏努利方程式五、柏努利方程式的应用2021/7/20【定义】单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。【体积流量】若流量用体积来计量，称为体积流量qv；单位为：m3/s。【质量流量】若流量用质量来计量，称为质量流量qm；单位：kg/s。体积流量和质量流量的关系：一、流量与流速1、流量2021/7/202、流速（1）流速的定义流速是指单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。【注意】实验发现，流体质点在管道截面上各点的流速并不一致，而是形

2、成某种分布。2021/7/20在工程计算中，为简便起见，常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。定义平均流速为流体的体积流量与管道截面积之比，即：单位为m/s。习惯上，平均流速简称为流速。（2）平均流速对于圆形管道：2021/7/20（3）质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流速，以w表示，单位为kg/（m2·s）。数学表达式为：质量流速与流速的关系为：2021/7/203、管径的估算在化工生产中，管道材料在全部材料费中占相当大的比重。若所选用的管径太大，则材料费用太大；若选用较小管径固然有利于降低材料费，但在一定的流量

3、条件下，管径越小，流动阻力也随之增大，能耗也将相应增大。因此，管径太大或者太小都不利于降低生产成本，应该综和多方面的因素来确定。即：材料费＋能耗费＝最低（1）管径的选择原则2021/7/20dd适宜费用总费用能耗费材料费2021/7/202021/7/20（2）管径的确定一般化工管道为圆形，若以d表示管道的内径，则：式中，流量qv一般由生产任务决定；选定流速u后可用上式估算出管径，再圆整到标准规格。2021/7/20管材规格的三种表示方法（1）外径×壁厚（Φx×ymm）如：Φ108×4mm，外径为108mm，壁厚为4mm。（2）英寸【inch

4、,in（缩写）】1英寸＝25.4mm，接近于管子的内径。如：2英寸的普通管子，其外径为60mm，壁厚为3.5mm，故内径为53mm，而：2英寸＝50.8mm2021/7/20（3）公称直径（Dg）——近似内径的名义尺寸【例如】Dg＝50mm的普通管，其外径为60mm，壁厚为3.5mm，故内径为53mm。【注】公称直径也增用符号DN表示。【说明】公称直径又称名义直径。既不是外径也不是内径，是人们规定的为了实现标准化而产生的，使得同一直径的管道与配件均能实现相互连接，具有互通性、互换性而规定。2021/7/20公称直径的特点（1）是近似内径的名义

5、尺寸，并非真实直径；（2）以mm为单位，并且是整数；（3）按规格分成不同的等级，不能连续变化；（4）封头、法兰的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称直径；（5）对容器的筒体及封头来讲，公称直径是指它的内径。2021/7/20（3）流速u的选定适宜流速的选择应根据经济核算确定，通常可选用经验数据。教材P50，表1－3给出了某些流体在管路中的常用流速范围。表1－3某些流体在管路中的常用流速范围流体的类型及情况流速范围/m.s-1流体的类型及情况流速范围/m.s-1自来水（0.3MPa左右）1～1.5过热蒸汽30～50水及低粘度液体（0.1～1.

6、0MPa）1.5～3.0蛇管、螺旋管内的冷却水＜1.0高粘度液体0.5～1.0低压空气12～15工业供水（0.8MPa以下）1.5～3.0高压空气15～25锅炉供水（0.8MPa以下）＞3.0一般气体（常压）10～20饱和蒸汽20～40真空操作下气体流速＜102021/7/20管径的选择步骤1、确定对象（输送的是何种流体）2、选择流速（查数据手册）3、计算管径（使用公式）4、查找规格（见P381，附录二十一）5、核算流速（是否在正常范围）2021/7/20【例】今用一台水泵将水池中的水输送到一高位槽内，要求每小时输送10000kg，水的密度近

7、似为1000kg/m3，试确定输水管的规格。2021/7/204、定态流动与非定态流动（1）定态流动流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，但不随时间变化，这种流动称之为定态流动；2021/7/202021/7/20（2）非定态流动若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非定态流动。在化工厂中，连续生产的开、停车阶段，属于非定态流动，而正常连续生产时，均属于定态流动。2021/7/202021/7/20【定态与稳定态的区别】如果所研究的过程在外界干扰下状态发生变化，但外界的干扰一旦消除，过程仍可

8、恢复到原来的状态，则谓该过程处于稳定态；反之，则为非稳定态。如果所研究的过程在外界干扰下状态始终不发生变化，则谓该过程处于定态；反之，则为非定态。2021/7/20