湖北大学化工原理期中复习要点(11应化).doc

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1、化工原理期中复习要点1.流体流动与输送学习要点1.1流体静力学基本方程式1.1.1流体的密度与静压强1.1.1.1流体的密度单位体积的流体所具有的流体质量称为密度,以ρ表示,单位为kg/m3。(1)流体的密度基本上不随压强变化,随温度略有改变,可视为不可压缩流体。纯液体密度值可查教材附录或手册。混合液的密度,以1kg为基准,可按下式估算:(2)气体的密度随温度和压强而变,可视为可压缩流体。当可当作理想气体处理时,用下式估算:或对于混合气体,可采用平均摩尔质量Mm代替上式中的M,即1.1.1.2流体的静压强压强可有不同的表示方法:(1

2、)根据压强基准选择的不同,可用绝压、表压、真空度(负表压)表示。表压和真空度分别用压强表和真空表度量。表压强=绝对压强-大气压强;真空度=大气压强-绝对压强(2)工程上常采用液柱高度h表示压强,其关系式为p=ρgh1.1.2流体静力学基本方程式1.1.2.1基本方程的表达式对于不可压缩流体,有:或1.1.2.2流体静力学基本方程的应用条件及意义流体静力学基本方程式只适用于静止的连通着的同一连续的流体。该类式子说明在重力场作用下,静止液体内部的压强变化规律。平衡方程的物理意义为:(1)总势能守恒流体静力学基本方程式表明,在同一静止流体

3、中不同高度的流体微元,其静压能和位能各不相同,但其两项和(称为总势能)却保持定值。(2)等压面的概念当液面上方压强p0一定时,p的大小是液体密度ρ和深度h的函数。在静止的连续的同一液体内,处于同一水平面上各点的压强都相等。(3)传递定律当p0变化时,液体内部各点的压强p也发生同样大小的变化。(4)液柱高度表示压强或压强差改写流体静力学基本方程式可得:上式说明压强差(或压强)可用一定高度的液体柱表示,但一定注明是何种液体。1.1.3流体静力学基本方程式的应用以流体静力学基本方程式为依据可设计出各种液柱压差计、液位计,可进行液封高度计算

4、,根据的大小判断流向。但需特别注意,U形管压差计读数反映的是两测量点位能和静压能两项和的差值。应用静力学基本方程式进行计算时,关键一环是等压面的准确选取。1.2流体流动的基本原理1.2.1定态流动系统的连续性方程式在定态流动系统中,对直径不同的管段作物料衡算,以1s为基准,则得到常数当流体可视为不可压缩时,密度可视为常数,则有常数应用连续性方程时,应注意如下两点:(1)在衡算范围内,流体充满管道,并连续不断地从上游截面流入,从下游截面流出。(2)连续性方程式反映了定态流动系统中,流量一定时,管路各截面上流速的变化规律。此规律与管路的

5、安排和管路上是否装有管件、阀门及输送机械无关。这里的流速指单位管道横截面上的体积流量,即对于不可压缩流体,流速和管径的关系为当流量一定且选定适宜流速时,利用连续性方程可求算输送管路的管径,即用上式计算出管径后,要根据管子系列规格选用标准管径。1.2.2机械能衡算方程式——柏努利方程式1.2.2.1具有外功加入、不可压缩粘性流体定态流动的柏努利方程为式中的为输送机械对1kg流体所作的有效功,或1kg流体从输送机械获得的有效能量。式中各项单位均为J/kg。1.2.2.2理想流体的柏努利方程式理想流体作定态流动时不产生流动阻力,即,若又无

6、外功加入,即=0,则得理想流体定态流动的机械能衡算方程式(理想流体的柏努利方程式):此式表明,理想流体作定态流动时,任一截面上1kg流体所具有的位能、静压能与动能之和为定值,但各种形式的机械能可以互相转换。1.3流体在管内的流动规律及流动阻力1.3.1两种流型1.3.1.1雷诺实验和雷诺准数雷诺于1883年设计了雷诺实验。实验中发现三种因素影响流型,即流体的性质(主要为ρ、μ)、设备情况(主要为d)及操作参数(主要为u)。对一定的流体和设备,可调参数为u。雷诺综合如上因素整理出一个无因次数群——雷诺准数:是一个无因次数群,可作为流动

7、类型的判据,当≤2000时为滞流,当>4000时为湍流。1.3.1.2牛顿粘性定律及流体的粘性当流体在管内滞流流动时,内摩擦应力可用牛顿粘性定律表示,即:。由上式可得流体动力粘度(简称粘度)的表达式:使流体产生单位速度梯度的剪应力即为流体的粘度,它是流体的物理性质之一。单位换算:1.3.2.3滞流与湍流的比较流型滞(层)流湍(紊)流判据≤2000>2000质点的运动情况沿轴向作直线运动,不存在横向混合和质点碰撞不规则杂乱运动,质点碰撞和剧烈混合。脉动是湍流的基本特点管内速度分布(n=7)边界层滞流层厚度等于管子的半径层流底层—缓冲层

8、—湍流主体直管阻力粘性内摩擦力,即牛顿粘性定律粘性应力+湍流应力,即(e为涡流粘度,不是物性,与流动状况有关)1.3.2流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力由直管阻力和局部足联两部分构成,即阻力产生的根源是流体具有粘性,流动时产生

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