化工原理第一章 流体流动课件.ppt

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1、第一章流体流动教学要求§1-0概述§1-1流体静力学基本方程§1-2流体在管内的流动§1-3流体的流动现象§1-4流体在管内的流动阻力§1-5管路计算§1-6流量测量复习教学要求重点：连续性方程及柏努利方程式的应用。覆盖内容：流体的性质（密度、重度、比重、比容、粘度）；流体的静压强、静力学方程式及其应用；流量、流速的各种表达方式及计算；定常流动与非定常流动的概念；流动系统的物料衡算与连续性方程；流动系统的能量衡算与机械能衡算式；牛顿型流体与非牛顿型流体的概念；流动类型及特点；边界层的概念（形成、发展与分离）；管内流速分布；管路能耗的原因、计算及影响因素（粗糙度的

2、概念、摩擦系数、因次分析法）；管路计算的方法；流量、流速的测量方法（测速管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计的结构和原理）。§1-0概述➢流体——气体、液体特征：流动性、没有固定的形状、在外力作用下其内部易发生相对运动。分类：按凝聚状态分类，按可压缩性分➢连续性假设——连续介质模型流体质点（或流体微团）——流体➢运动的描述方法拉格朗日法——跟踪指定质点——空间位置、运动状况~时间——轨线欧拉法——选择截面——运动参数~时间——流线§1-0概述➢流线与轨线轨线：同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线。流线：采用欧拉法观察的结果，表述同一瞬时不同质点的速度方向

3、。流线的属性：1）流线互不相交；2）在流动区域内，通过任意封闭曲线各点引出的流线所围成的空间称为流管。➢目的流体输送压强、流量与流速测定提供适宜的强化设备的条件§1-1流体静力学基本方程§1-1-1流体的密度➢定义：单位体积流体具有的质量，kg/m3气体密度是温度和压强的函数：➢气体密度混合气体的密度：➢液体的密度：只与温度有关，而与压力无关。混合液体密度——混合前后体积不变§1-1流体静力学基本方程§1-1-2流体的静压强➢定义：垂直作用在单位面积上的力,Pa=N/m21atm=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg=1.0133bar=

4、1.013×105Pa➢常用单位及换算关系1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807×105Pa➢流体静压强的特征：1）来自于各方向且指向该点，大小相等；2）是空间位置的函数。➢流体静压强的表示绝对压强、表压强、真空度§1-1流体静力学基本方程§1-1-3流体静力学基本方程式一、流体内力的类型➢体积力：——场力（离心力、重力等）——分量：X、Y、Z➢表面力：与表面积成正比——法向和切向两种。二、欧拉平衡方程§1-1流体静力学基本方程➢X方向受力➢Y方向受力➢Z方向受力欧拉平衡方程§1-1流体静力学基本方程三、流体静

5、力学基本方程重力场：X=0、Y=0，Z=-g。P1P2§1-1流体静力学基本方程四、讨论➢等压面：静止的、连续的、同一液体的同一水平面上➢压力可传递——巴斯噶定理、➢h=(p1-p2)/(ρg)➢化工设备中可压缩流体内各点压强相等§1-1-4流体静力学基本方程式的应用一、压差或压强测量液柱式压差计§1-1流体静力学基本方程➢U管压差计常用指示液有：汞、四氯化碳、水、油等。对水平管道，则：若为气体，对水平管道，则：§1-1流体静力学基本方程➢倾斜式液柱压差计➢微差压差计俗称“水库”§1-1流体静力学基本方程要求：密度相近分别为ρ1、ρ2，则：§1-1流体静力学基本

6、方程二、液位的测量三、液封高度的计算§1-2流体在管内的流动§1-2-1流量与流速一、流量➢定义Vs(m3/s)、Ws(kg/s)或Vh(m3/h)、Wh(kg/h)二、流速➢点流速(ur)：流体质点沿流动方向上流过的距离，m/s。➢平均流速(u)：同一截面上的流体质点沿流动方向上流过的平均距离,m/s。➢质量流速(G)：单位时间内流过单位截面积的流体质量，kg/m2.s。➢关系：Ws=ρVs§1-2流体在管内的流动三、管径选择总费用=操作费用+设备费用§1-2流体在管内的流动➢步骤：选流速计算管径园整校核流速§1-2流体在管内的流动§1-2-2定态流动与非定态

7、流动一、非定态流动以X表示任一流动参数，则对非定态流动有：二、定态流动§1-2流体在管内的流动二、连续性方程§1-2-3连续性方程一、管路系统简单管路串联管路分支管路§1-2流体在管内的流动§1-2-4能量衡算方程式一、流动系统的总能量衡算衡算范围：衡算基准：1kg流体；基准面：0-0水平面§1-2流体在管内的流动➢内能：U1、U2(J/kg).➢机械能：位能（重力势能）、动能、静压能位能：Z1g、Z2g(J/kg)静压能：p1υ１、p1υ１；单位：J/kg。§1-2流体在管内的流动➢能量交换热：Qe;单位：J/kg。净功（外功）：We，其单位：J/kg。➢能量

8、衡算方程式：二、柏努利方