化工原理课件流体力学与应用-201109-3.ppt

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1、1.3流体动力学energyconversion（1）massbalance——continuitye（2）energybalance——Bernoullieq.1.3流体动力学1.3.1流体的流量与流速1.3.2稳定流动与非稳定流动1.3.3稳定流动系统的质量衡算——连续性方程1.3.4稳定流动系统的机械能衡算——柏努利方程1.3流体动力学1.体积流量单位时间内流经管道任意截面的流体体积。Vs——m3/s或m3/h2.质量流量单位时间内流经管道任意截面的流体质量。ms——kg/s或kg/h。二者关系：一、流量1.3.1流

2、体的流量与流速二、流速2.质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。流速（平均流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。kg/（m2·s）流量与流速的关系：m/sd--thediameterofcirculartube求出d然后从有关手册上选择标准管径Nominaldiameter(公称直径)：standardsteelpipe：outsidediameter×wallthicknessstandardofpipe1.3.3稳定流动系统的质量衡算——连续性方程对于稳定流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况

3、下：推广至任意截面——连续性方程1122不可压缩性流体，圆形管道：即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。例1-3如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1和一段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10-3m3/s的体积流量流动，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。3a123b管道内输送不可压缩流体，管径缩小一倍时，其体积流量、质量流量、流速、质量流速有何变化？1.3.4定态流动系统的机械能衡算——柏努利方程一、理想流体的机械能衡算用热力

4、学第二定律推导p2,u2p1,u1z1z2112200衡算范围：1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：1kg流体基准面：0-0′水平面教材书采用牛顿第二定律推导（1）内能贮存于物质内部的能量。分子平动能，转动能，振动能内能是一个状态函数，取决于流体本身的状态1kg流体具有的内能为U（J/kg）。（2）位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。1kg流体进入系统时输入能量有下面各项：（3）动能流体以一定速度运动时，便具有一定的动能。流速时u的1kg流体所具有动

5、能为动能的单位J/kg（4）静压能(流动功)____流体克服静压力所作相应功静压能=1kg的理想流体所具有的静压能为(J/kg)lAV单位时间进入系统的总能量=单位时间离开系统的总能量理想流体(无粘性μ＝0、F＝0、τ＝0）流动，无摩擦（U1=U2总能量＝机械能（位能＋动能＋静压能）＋非机械能（内能）（1）——ideafluidBernolliequation不可压缩性流体，式（1）为以单位质量流体为基准的机械能衡算式，各项单位均为J/kg。机械能＝位能＋动能＋静压能＝constant将(1)式各项同除重力加速度g:（2）

6、式中各项单位为式（2）即为以重量流体为基准的机械能衡算式。z——位压头——动压头——静压头总压头二、实际流体的机械能衡算实际流体如图所示的稳流系统中，流体自1－1`截面流入，经管道，从2－2`截面流出，管路中装有对流体做功的机械(泵或风机)和向流体输入或从流体取走能量的换热器。（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。（2）位能1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。（3）动能流速时u的1kg流体所具有动能为J/kg1kg流体进入系统时输入能量有下面各项：（4）静压能实际流体静压能=（5）热

7、：Qe－1㎏流体接受或放出的能量，J/㎏，Qe可为正可为负（6）外功：we—1㎏流体通过输送设备(泵或风机)所获得的能量，J/㎏；We可为正可为负对于稳流系统，则能量衡算式为：∑Ei=∑Eo总能量＝机械能（位能＋动能＋静压能）＋非机械能（内能＋热能）稳流系统中流体总能量衡算式。(亦叫流动热力学第一定律)ΔU+gΔZ+Δ(pv)+Δu2=Qe+We：化简（2）外功(有效功)1kg流体从流体输送机械获得的能量为We(J/kg)。（1）能量损失设1kg流体损失的能量为ΣWf（J/kg）。或其中He——外加压头或有效压头，m;Σh

8、f——压头损失，m。三、柏努利方程的讨论柏努利方程物理意义：在任一流动截面上单位质量流体的总机械能守恒，而每一种形式的机械能不一定相等，可以相互转换的柏努利方程式适用于①稳态流动；②不可压缩。对于可压缩性流体，当时，仍可用该方程计算，但式中的密度ρ应以两截面的平均密度ρm代替。若流体处于静止，u=0，Σ