四川大学化工原理总复习.ppt
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1、第一第一三章三章流体流动与输送流体流动与输送1.流体的密度流体的密度r r:流体中空间流体中空间某点某点上单上单位体积的平均质量位体积的平均质量一、流体流动基本性质一、流体流动基本性质单位:气体的密度(按理想气体)气体的密度(按理想气体)混合气体的密度(按理想气体)混合气体的密度(按理想气体)ii组分的密度组分的密度Mii组分的摩尔质量组分的摩尔质量yii组分的摩尔分率组分的摩尔分率混合液体的密度混合液体的密度 ii组分的密度组分的密度w ii组分的质量分率组分的质量分率注意:注意:气体气体 =f(P,T)液体液体 =f(T)FF粘性粘性抵抗两层流体相对滑动速度的性质抵抗两层流体相对滑动速度的
2、性质粘度粘度衡量流体粘性大小的物理量衡量流体粘性大小的物理量2.粘度粘度粘度粘度(压强(压强1.01105Pa、温度、温度288K)空气:空气:0.01810-3 N.s/m2 水:水:1.140510-3 N.s/m2甘油:甘油:233010-3N.s/m2 液体液体温度温度 粘度粘度气体气体温度温度 粘度粘度注意:注意:1泊泊=100厘泊厘泊 1厘泊厘泊=1/1000(N.s/m2)液体的分子间距较小其粘性以分子间的引力为主因,而气体的粘性以分子运动为主因混合气体粘度计算混合气体粘度计算混合液体粘度计算混合液体粘度计算(不缔合混合液)(不缔合混合液)3.压强:压强:单位面积上单位面积上垂直
3、作用于流体的力。垂直作用于流体的力。*为外部作用力(包括流体柱自身的重力)在流体中为外部作用力(包括流体柱自身的重力)在流体中的传播的传播 *其方向与作用面相垂直,并指向作用面其方向与作用面相垂直,并指向作用面 *静止流体中的压强称为静压强静止流体中的压强称为静压强*在流体空间的任一点处,静压强数值相等地作用在在流体空间的任一点处,静压强数值相等地作用在各个方向各个方向用压力计(用压力计(manometer)测定压强测定压强 1)、真实压强大于大气压强、真实压强大于大气压强 测定的压强称为测定的压强称为表压表压 paP绝表表压压2)、真实压强小于大气压强、真实压强小于大气压强 测定的压强称为测
4、定的压强称为真空度真空度 paP绝真真空空度度4.流量与流速流量:单位时间内流经管道任一截面的流体量。体积流量:单位时间内流经管道任一截面的流体体积,以qv表示,其单位为 ;流速:单位时间内流体在流动方向上流经的距离,用u表示,单位为m/s;质量流量:单位时间内流经管道任一截面的流体质量,以qm表示,其单位为kg/s或kg/h;流量与流速流量与流速若输送流体管道的直径为d(m)则二.连续性方程1122对于稳定过程,物料衡算关系为:输入=输出连续性方程对于任意截面:连续性方程连续性方程 三、流体稳定流动的机械能衡算实际流体的伯努利方程1、成立的条件:连续稳定的流动系统2.理想流体流动理想流体流动
5、的柏努利方程的柏努利方程J/kg实际流体流动实际流体流动的柏努利方程的柏努利方程3.实际流体实际流体*存在流动阻力,部分机械能不可逆地转换为内存在流动阻力,部分机械能不可逆地转换为内能,称为阻力损失能,称为阻力损失 hf.。*机械能不守恒,但总能量一定守恒。机械能不守恒,但总能量一定守恒。若流体输送机械对流体输入的机械能为若流体输送机械对流体输入的机械能为 he1122J/kgJ/kg以单位质量流体为基准:在在1截面单位质量截面单位质量的流体具有的动的流体具有的动能能 J/kg在在2截面单位质截面单位质量的流体具有量的流体具有的动能的动能 J/kg单位质量的流体通过单位质量的流体通过流体输送机
6、械后所获流体输送机械后所获得的能量得的能量 J/kg单位质量的流体由单位质量的流体由1截面流至截面流至2截面发截面发生的机械能损失生的机械能损失 J/kgE1:输入控输入控制体的机械制体的机械能能E1 J/kgE2:输出控制体输出控制体的机械能的机械能E2 J/kg11柏努利方程的讨论1).柏努利方程中每项的含义11无外加功:无外加功:he=0无外加功无外加功且且2).能量转换:流体稳定流动、无摩擦损失、没有外功输入即:柏努利方程的讨论1122即机械能为常数,但在各截面上的每种能量并不一定相等柏努利方程的讨论3).流体静力学方程:若系统无外功加入则he=0,且系统中流体处于静止状态,则u=0,
7、此时 hf=0 流体静力学方程流体输送机械的流体输送机械的有效功率有效功率Ne:流体输送机械的轴功率流体输送机械的轴功率N:输送机械的效率输送机械的效率有效功有效功J/kg4).理论功率与轴功率:输送单位质量的流体所需加入的外功为he,若被输送流体的质量流量为qm kg/s,柏努利方程的讨论5).柏努利方程中hf0,即永远是正值。6).(1)单位质量流体作为衡算基准的柏努利方程:J/kg(2)单位重量流体作为衡算基准的柏努利方程:单位为:J/N或m流体柱柏努利方程的讨论(3)单位体积流体作为衡算基准的柏努利方程:单位为 或7)管路阻力损失管路阻力损失流体在管路系统中流动的阻力损失流体在管路系统
8、中流动的阻力损失直管阻力损失直管阻力损失 流经直管时由于流体的内摩擦产生。流经直管时由于流体的内摩擦产生。局部阻力损失局部阻力损失 流经管件阀件时,由流道突变产生。流经管件阀件时,由流道突变产生。摩擦摩擦阻力阻力+形体阻力形体阻力 取决于管件的阻力特性取决于管件的阻力特性 直管阻力损失直管阻力损失局部阻力损失局部阻力损失阻力损失:机械能阻力损失:机械能热力学能热力学能(1)直管直管阻力损失计算阻力损失计算层流时:湍流时:摩擦系数曲线图(摩擦系数曲线图(Friction factor chartFriction factor chart)(2).2).局部阻力损失的计算方法局部阻力损失的计算方法
9、 阻力系数法阻力系数法服从阻力平方定律服从阻力平方定律 当量当量长长度法度法认为认为局部阻力局部阻力损损失与某个失与某个长长度度L Le e的的 直管阻力直管阻力损损失相当失相当 表表3-2 管件,阀件管件,阀件局部阻力系数局部阻力系数 值值图图33 3 管件与阀件管件与阀件的当量长度共线的当量长度共线8)流体输送管路计算n管路系统的流量分配特性n管路系统的阻力特性a简单管路(简单管路(无分支的管路无分支的管路)串连特点:串连特点:(1 1)各段管路的质量流量不变)各段管路的质量流量不变 (2 2)总阻力等于全部分阻力之和)总阻力等于全部分阻力之和qmqm 并联特点:并联特点:(1 1)总管质
10、量流量等于各)总管质量流量等于各支管流量之和:流量之和:(2)并联点处流体势能)并联点处流体势能唯一,即单位质量流体唯一,即单位质量流体通过任一根支管阻力损失都相等:通过任一根支管阻力损失都相等:b 并联管路并联管路b并联管路并联管路推论:推论:并联各支管流量分配具有自协调性并联各支管流量分配具有自协调性c分支管路分支管路 分支管路的特点:分支管路的特点:(1 1)总管质量流量等于各支管之和)总管质量流量等于各支管之和:c分支管路分支管路(2)支管柏努利方程支管柏努利方程4.应用柏努利方程解题时的注意事项1).作图:画出流程图,标出流动方向,将主要数据列于图中;2).截面的选取:截面应与流动方
11、向垂直,所选的截面应是已知条件最多且要求的未知参数应包括在所选的截面构成的系统中,两截面间流动应是连续的;3).单位:计算时,在方程中每项的单位必须一致;4).基准水平面的选取:柏努利方程式的应用 1.管道中流体流量的确定例题:有一垂直管道,内径由d1=300mm渐缩至d2=150mm,水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的静压力分别为0.2MPa和0.16MPa(表压)。测压点的垂直距离为1.5m。如两测压点之间的摩擦阻力不计,试求水的流量为多少m3/h?22111.5m0.2MPa0.16MPa150300解:如图选取截面列柏努利方程式选取11截面为基准水平面,则z1=0,z2=
12、1.5m,根据连续性方程,有柏努利方程式的应用取水的密度为1000kg/m3,则柏努利方程式的应用2.管道内流体的压力及压差计指示例题:如图所示,大管直径为80mm,小管直径为40mm,水在管路中的流量为13.57m3/h。两管上均有一测压点与一倒U型管相连,指示剂为空气,若两测压点所在截面之间的摩擦损失为260 mmH2O,求倒U型压力计的读数R值。R空气1122解:如图选取截面,z1=0,z2=0在两截面间列柏努利方程式:柏努利方程式的应用柏努利方程式的应用3.功率的计算例例3-4 用水泵向高位密闭水箱供水,用水泵向高位密闭水箱供水,水箱中液面上方压力为水箱中液面上方压力为0.2MPa,管
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