化工原理少課時(shí)版第一章第二節(jié).ppt

2019/7/5,第一章 流體流動(dòng),一、流量與流速 二、定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng) 三、連續(xù)性方程式 四、能量衡算方程式 五、柏努利方程式的應(yīng)用,第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)的基本方程,2019/7/5,一、流量與流速,（一）、流量 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱(chēng)為流量。 若流量用體積來(lái)計(jì)量，稱(chēng)為體積流量qv；單位為：m3/s。 若流量用質(zhì)量來(lái)計(jì)量，稱(chēng)為質(zhì)量流量qm；單位：kg/s。 體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系是：qm=qv,（二）、流速 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，稱(chēng)為流速u(mài)。,單位為：m/s。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,2019/7/5,流量與流速的關(guān)系為：,質(zhì)量流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流過(guò)管道單位面積的質(zhì)量流量用 表示，單位為kg/(m2.s)。 數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,對(duì)于圓形管道，,管道直徑的計(jì)算式,2019/7/5,二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng),流動(dòng)系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)流動(dòng),： 流動(dòng)系統(tǒng)中流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量?jī)H隨位置而改變，而不隨時(shí)間而改變,非穩(wěn)態(tài)流動(dòng),：上述物理量不僅隨位置而且隨時(shí)間變化的流動(dòng)。,2019/7/5,在化工生產(chǎn)中，正常運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)流動(dòng)近似為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。各點(diǎn)各處的流量不隨時(shí)間變化，近似為常數(shù)。 只有在出現(xiàn)波動(dòng)或是開(kāi)、停車(chē)時(shí)，為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。,2019/7/5,三、連續(xù)性方程,在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)直徑不同的管段做物料衡算,衡算范圍：取管內(nèi)壁截面1-1與截面2-2間的管段。 衡算基準(zhǔn)：1s 對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)：,2019/7/5,如果把這一關(guān)系推廣到管路系統(tǒng)的任一截面，有：,若流體為不可壓縮流體,一維穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程,2019/7/5,對(duì)于圓形管道，,表明：當(dāng)體積流量一定時(shí)，管內(nèi)流體的流速與管道直徑 的平方成反比。,則,當(dāng),（1-23）,2019/7/5,理想流體：流動(dòng)時(shí)沒(méi)有阻力的流體 1.推導(dǎo)條件 不可壓縮 理想流體 穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 恒溫 連續(xù)流體,四、伯努利方程式,2019/7/5,作用于微元流體柱流動(dòng)方向上的力： (1) 作用于微元流體柱的重力的分力,忽略二階無(wú)窮小，且由于,（2）作用于上游截面的總壓力,（3）作用于下游截面的總壓力,2. 推導(dǎo)過(guò)程,2019/7/5,（5）作用于其側(cè)面的總壓力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力,作用于微元流體柱運(yùn)動(dòng)方向上的合力：,2019/7/5,單位：m,位壓頭 靜壓頭 動(dòng)壓頭 （速度頭）,位能 靜壓能 動(dòng)能,單位：,（公式 1-28）,（公式 1-29）,2019/7/5,五、實(shí)際流體能量衡算方程式,（一）、實(shí)際流體機(jī)械能橫算式 1.機(jī)械能損失（壓頭損失）,2019/7/5,若以單位重量的流體為衡算基準(zhǔn),2.外加機(jī)械能（外加壓頭）,單位:m,:位壓頭，動(dòng)壓頭，靜壓頭、 壓頭損失 He：輸送設(shè)備對(duì)流體所提供的有效壓頭,2019/7/5,應(yīng)用柏努利方程的注意事項(xiàng) 1）作圖并確定衡算范圍 根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，并指明流體的流動(dòng)方 向，定出上下截面，以明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡標(biāo)范圍。 2）截面的截取 兩截面都應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，并且兩截面的流體必須是 連續(xù)的，所求得未知量應(yīng)在兩截面或兩截面之間，截面的 有關(guān)物理量Z、u、p等除了所求的物理量之外 ，都必須是已 知的或者可以通過(guò)其它關(guān)系式計(jì)算出來(lái)。,2019/7/5,3）基準(zhǔn)水平面的選取 所以基準(zhǔn)水平面的位置可以任意選取，但必須與地面平行，為了計(jì)算方便，通常取基準(zhǔn)水平面通過(guò)衡算范圍的兩個(gè)截面中的任意一個(gè)截面。如衡算范圍為水平管道，則基準(zhǔn)水平面通過(guò)管道中心線(xiàn)，Z=0。 4）單位必須一致 在應(yīng)用柏努利方程之前，應(yīng)把有關(guān)的物理量換算成一致的單位，然后進(jìn)行計(jì)算。兩截面的壓強(qiáng)除要求單位一致外，還要求表示方法一致。,2019/7/5,例：如本題附圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中，高位槽中的液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為9.81103Pa，進(jìn)料量為5m3/h，連接 管直徑為382.5mm，料液在連接 管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為30J/kg(不包 括出口的能量損失)，試求高位槽內(nèi) 液面應(yīng)為比塔內(nèi)的進(jìn)料口高出多少？,（二）、柏努利方程的應(yīng)用,2019/7/5,分析：,解： 取高位槽液面為截面1-1，連接管出口內(nèi)側(cè)為截面2-2, 并以截面2-2的中心線(xiàn)為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏努利 方程式：,高位槽、管道出口兩截面,u、p已知,求Z,柏努利方程,2019/7/5,式中： Z2=0 ；Z1=? P1=0(表壓) ；