武汉大学-《化学工程基础》第2章传质课件.ppt

《武汉大学-《化学工程基础》第2章传质课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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。第一节流体静力学1-1流体的物理性质密度——单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度。相对密度——物料密度与纯水（4℃时）密度之比，用符号d表示。如H2SO4的d420=1.841-2压强压强——单位面积上所受流体垂直方向的作用力，称为流体的

2、压强。绝对压强——压强的实际数值。表压强——某体系之绝对压强高出当地大气压之差值，称为该体系的表压。真空度——某体系之绝对压强低于当地大气压之差值，称为该体系的真空度。表压强和真空度示意图1-3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=（p+dp）A+ρgdzA积分得：p2=p1+ρg（z1-z2）——流体静力学基本方程1-4流体静力学的应用U形管压强计液位计液封第二节流体流动2-1流体的流量和流速体积流量（qV）——单位时间流过导管任一横截面的流

3、体体积，质量流量（qm）——单位时间流过导管任一横截面的流体质量，质量流量=体积流量×流体密度流速（u）——在单位时间内流体在导管中流过的距离，管道直径（d）2-2定常态流动与非定常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称为定常态流动或稳定流动。否则，为非定常态流动或不稳定流动。2-3流动形态1883年，雷诺通过大量实验观察到，流体流动分为层流（滞流）、过渡流、湍流，且流动型态除了与流速u有关外，还与管径d、流体的粘度、流体的密度有关。雷诺实验=此数群被称之为雷诺准数。雷诺准数值的

4、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。2-4牛顿粘性定律选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析。设两薄层之间垂直距离为dy，两薄层速度差为du，即（u2-u1），两薄层之间接触的圆筒表面积为A，两薄层之间的内摩擦力为F。实验证明，对于一定流体，内摩擦力F与接触面积A成正比，与速度差du成反比，此即牛顿粘度定律。用一句话表述牛顿粘度定律：流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。服从牛顿粘度定律的流体，我们称为牛顿型流体。不服从牛顿粘度定律的流体，我们称为非牛顿型流体。①塑性流体②假塑性流体③涨塑性流体

5、粘度-牛顿粘度定律中的比例系数。粘度的物理意义为：在单位接触面积上，速度梯度为1时，由流体的粘度引起的内摩擦力的大小。2-5流动边界层在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。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。L0/d=0.0575Re2-6动量传递层流：湍流：2-7流速分布层流速度分布式的推导内摩擦力推动力内摩擦力=推动力积分得r=0时，流速最大层流平均流速u与最大流速umax第三节流体流动的质量衡算定常流动流入系统的液体质量流量=流出系统的液体质量流量——流体流动连续性方程第四节流

6、体流动系统的能量衡算柏努利方程的导出设有质量流量为qm，流体由1-1截面流至2-2截面，流体流速分别为u1和u2；流体具有的压强分别为p1和p2。我们对1-1和2-2范围的流体作能量衡算。位能：qmgz1和qmgz1动能：qmu12/2和qmu22/2压力能：——理想柏努利方程式——实际流体的柏努利方程式柏努利方程的应用，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

7、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，该处截面表压为零。4．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。第五节管内流动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5-1沿程阻力损失计算和量纲分析方法范宁公式定常流动时：压力降=剪切力剪切力与剪应力的关系∴令则有令则有λ为摩擦系数，f为

8、范宁因子λ的物理意义物理