化工原理1-2.ppt

第二节 流体动力学 引言1-2-1 流体的流量与流速1-2-2 定态流动与非定态流动1-2-3 定态流动系统的质量守恒连续性方程1-2-4 定态流动系统的机械能守恒柏努利方程书面作业：P80（13）（14） 化工生产中的流体绝大多数在密闭的管道或设备中流动，本节主要讨论流体在管内流动的规律，即讨论流体在流动过程中，流体所具有的位能、静压能和动能是如何变化的规律从而为解决流体流动这一单元操作中出现的工程问题打下基础 流体流动应服从一般的守恒原理：质量守恒和能量守恒从这些守恒原理可得到反映流体流动规律的基本方程式 连续性方程式（质量守恒） 柏努利方程式（能量守恒） 这是两个非常重要的方程式，请大家注意返回1-2-1 流体的流量与流速一、流量 1、体积流量VS ：单位时间内流经管道任意截面的流体体积， m3/s或m3/h 2 、质量流量mS ：单位时间内流经管道任意截面的流体质量， kg/s或kg/h 2、质量流速G ：1、平均流速u ：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，kg/（m2s） 单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，m/ s二、流速 三、相互关系： mS=GA=d2G/4VS=uA=d2u/4mS=VSG=u 四、管径的估算 一般管路的截面均为圆形，若以d表示管路内径，则 VS=uA=d2u/4于是 所以流体输送管路的直径可根据流量及流速进行计算。

实际管路选择：因为d正比于u-1/2 ，所以选择的u越小，则d越大，那么对于相同的流量，所用的材料就越多，所以材料费、检修费等基建费也会相应增加相反，选择的u越大，则d就越小，材料费等费用会减少，但由于流体在管路中流动的阻力与u 成正比，所以阻力损失会增大，即操作费用就会增加所以应综合考虑，使两项费用之和最小 对于长距离与大流量输送流体，d应按前述的经济核算原则进行选择； 对于车间内部，通常管道较短，也不太粗，这时可根据经验来选择d一般液体流速为0.53m/s，气体为1030m/s，蒸汽为2050m/s某些流体在管路中常用流速范围列于下表中 注：选经验流速代入上式后得到的d还需圆整到标准规格 例1-6返回表1-1【例1-6】 某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路，试选择合适的管径 返回1-2-2 定态流动与非定态流动动画返回 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，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动1-2-3 定态流动系统的质量守恒连续性方程 流体流速与管道的截面积成反比，截面积越大流速越小，反之亦然管内不同截面流速之比与其相应管径的平方成反比 例1-7 【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。

粗管内径d1=10cm， 细管内径d2=5cm，当流量 为4103m3/s时， 求粗管内和细 管内水的流速？返回1-2-4 定态流动系统的机械能守恒柏努利方程 一、实际流体的柏努利方程 推导 以单位质量流体为基准： 以单位重量流体为基准： 二、理想流体的柏努利方程 理想流体是指没有黏性（即流动中没有摩擦阻力）的不可压缩流体三、柏努利方程的讨论 （1）当系统中的流体处于静止时，柏努利方程变为四、柏努利方程的应用应用柏努利方程时需注意的问题：（1）截面的选取 所选取的截面应与流体的流动方向相垂直，并且两截面间流体应是定态连续流动截面宜选在已知量多、计算方便处一般根据流体流动方向确定截面1-1，2-2顺序（2）基准水平面的选取 基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水平面若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面（3）计算中要注意各物理量的单位保持一致，对于压力还应注意表示方法一致 例1（例1-8） 例题2 例题3P22例19、110、111返回题13 附图 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。

现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离 返回 流体通过截面1 -1输入的总能量用下标1标明，经过截面2 -2输出的总能量用下标2标明，对此流动系统的总能量衡算， 输入=输出，每一项除以m，其中V/m = v比容，设流体是不可压缩的，上式中的v1 = v2 = v = 1/；于是 上式是以单位质量为基准的（每一项除以m ），若每一项除以mg，即得以单位重量为基准的机械能衡算式： 若流体流动时不产生流动阻力，则流体的能量损失hf = 0，这种流体称为理想流体实际上这种流体并不存在但这种设想可以使流体流动问题的处理变得简单，对于理想流体流动，又没有外功加入，即hf =0，He = 0时，上式可简化为： 返回【例1-8】 将高位槽内料液向塔内加料高位槽和塔内的压力均为大气压要求料液在管内以0.5m/s的速度流动设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？返回 用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示输送量为0.1m3/min，输送管路为383mm的无缝钢管。

酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？ 题14 附图返回。