流體流動(dòng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 1. 1. 流量流量 單位時(shí)間流過(guò)管道任一截面的流體量，即：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)管道任一截面的流體量，即： skgq smq m V /, /, 3 質(zhì)質(zhì)量量流流量量 體體積積流流量量 時(shí)時(shí)間間 流流體體量量 流流量量 體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為： Vm qq 第2頁(yè)/共28頁(yè)第1頁(yè)/共28頁(yè) 指單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，用指單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，用u表示表示 ，單位，單位m/s. )/( sm A q u V 平均流速平均流速 )/( u w 2 smkg A qm 質(zhì)量流速質(zhì)量流速 uA uA Vm V qq q

2、第3頁(yè)/共28頁(yè)第2頁(yè)/共28頁(yè) 對(duì)于圓形管道，對(duì)于圓形管道， 2 4 iV duAuq m u q d V i 4 液體液體0.5-3m/s， 氣體氣體10-30m/s。 粘度較大粘度較大以及以及易燃易爆易燃易爆流體流體 ，u應(yīng)取小些；應(yīng)取小些； 含固體含固體的流體，的流體，u不宜太低，以防固體沉積下來(lái)不宜太低，以防固體沉積下來(lái) 第4頁(yè)/共28頁(yè)第3頁(yè)/共28頁(yè) 例：某廠精餾塔進(jìn)料量為例：某廠精餾塔進(jìn)料量為50000kg/h，料液的性質(zhì)和料液的性質(zhì)和 水相近，密度為水相近，密度為960kg/m3，試選擇進(jìn)料管的管徑。試選擇進(jìn)料管的管徑。 解解 : m u q d V i 4 式中式中 sm

3、q q m V /0145. 0 9603600 50000 3 因料液的性質(zhì)與水相近，選取因料液的性質(zhì)與水相近，選取u=l.8m/s，故故 mdi 0.101 8 . 114. 3 0145. 04 第5頁(yè)/共28頁(yè)第4頁(yè)/共28頁(yè) 根據(jù)附錄根據(jù)附錄21的管子規(guī)格，選用的管子規(guī)格，選用 108 4mm的無(wú)縫鋼的無(wú)縫鋼 管，其內(nèi)徑為管，其內(nèi)徑為: 重新核算流速，即，重新核算流速，即， smu/85. 1 1 . 014. 3 0145. 04 2 mmmdi1 . 010024108 第6頁(yè)/共28頁(yè)第5頁(yè)/共28頁(yè) 各截面上流體的有關(guān)參數(shù)（如流速、壓強(qiáng)）僅隨位置各截面上流體的有關(guān)參數(shù)（如流速

4、、壓強(qiáng)）僅隨位置 變化，變化，不隨時(shí)間而變不隨時(shí)間而變。 1. 穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng) 流體流動(dòng)有關(guān)物理量流體流動(dòng)有關(guān)物理量隨位置和時(shí)間隨位置和時(shí)間均發(fā)生變化。均發(fā)生變化。 2. 不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng) (a)穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng) (b) 不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng) 第7頁(yè)/共28頁(yè)第6頁(yè)/共28頁(yè) 穩(wěn)流系統(tǒng)在任意兩流道截面間作穩(wěn)流系統(tǒng)在任意兩流道截面間作物料衡算物料衡算， 反映一定流量下，管路各界面上反映一定流量下，管路各界面上流速的變化規(guī)律流速的變化規(guī)律。 1 2 1 2 21mm qq 222111 uAuA 常數(shù)常數(shù) Au 推廣到任一截面：推廣到任一截面： 第8頁(yè)/共28頁(yè)第7頁(yè)/共28頁(yè) 討論：討論：

5、 2、對(duì)于、對(duì)于圓形管道圓形管道： 2 1 2 1 2 2 1 d d A A u u 3、成立條件：穩(wěn)定流動(dòng)，、成立條件：穩(wěn)定流動(dòng)，與管路安排無(wú)關(guān)與管路安排無(wú)關(guān)。 常數(shù)常數(shù) Au 1、對(duì)于、對(duì)于不可壓縮流體不可壓縮流體（即（即=常數(shù)），可得到：常數(shù)），可得到： 常數(shù)常數(shù) Au 第9頁(yè)/共28頁(yè)第8頁(yè)/共28頁(yè) 2 1 2 1 2 2 1 d d A A u u 第10頁(yè)/共28頁(yè)第9頁(yè)/共28頁(yè) dx pA (p+dp)A gdm dz x 假設(shè)：流體無(wú)粘性（理想流體）；穩(wěn)定流動(dòng)。假設(shè)：流體無(wú)粘性（理想流體）；穩(wěn)定流動(dòng)。 體現(xiàn)了流體流動(dòng)中體現(xiàn)了流體流動(dòng)中機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化的原理

6、。的原理。 根據(jù)根據(jù)動(dòng)量定理動(dòng)量定理， 作用于微管段流體的合力等于流作用于微管段流體的合力等于流 體的動(dòng)量變化的速率。體的動(dòng)量變化的速率。 第11頁(yè)/共28頁(yè)第10頁(yè)/共28頁(yè) dx pA (p+dp)A gdm dz x 其中，其中， AududmgAdp sin AdzgdxAgdmg sinsin 所以，所以，AuduAdzgAdp dmgAdpdmgAdpppA sinsin)( X軸方向上的合力為：軸方向上的合力為： 動(dòng)量變化的速率為：動(dòng)量變化的速率為： Aududuqm 第12頁(yè)/共28頁(yè)第11頁(yè)/共28頁(yè) dx pA (p+dp)A gdm dz x 化簡(jiǎn)可得化簡(jiǎn)可得 ： 0 u

7、du dp gdz 積分可得：積分可得： 常常數(shù)數(shù) 2 2 up gz 即：即：理想流體的柏努利方程式理想流體的柏努利方程式 第13頁(yè)/共28頁(yè)第12頁(yè)/共28頁(yè) 常常數(shù)數(shù) 2 2 up gz gz 單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的位能位能 p 單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能靜壓能 2 2 u 單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能動(dòng)能 這三種形式的能量可以互相轉(zhuǎn)換，但總能量這三種形式的能量可以互相轉(zhuǎn)換，但總能量 不會(huì)有所增減。不會(huì)有所增減。 第14頁(yè)/共28頁(yè)第13頁(yè)/共28頁(yè) 常數(shù)常數(shù) g u g p z 2 2 z 位壓頭位壓頭 g p 靜壓頭靜壓頭 g u

8、 2 2 動(dòng)壓頭動(dòng)壓頭 g u g p z 2 2 總壓頭總壓頭 第15頁(yè)/共28頁(yè)第14頁(yè)/共28頁(yè) 2、實(shí)際流體的柏努利方程式、實(shí)際流體的柏努利方程式 p1/g p2/g 1 2 f H g u g p z g u g p z 22 2 22 2 2 11 1 f H 壓頭損失，壓頭損失，m m 第16頁(yè)/共28頁(yè)第15頁(yè)/共28頁(yè) 如果要將流體從如果要將流體從總能量較小總能量較小的地方輸送到的地方輸送到較大較大的地的地 方時(shí)，則需要從外界向流體輸送方時(shí)，則需要從外界向流體輸送機(jī)械功機(jī)械功H（外加壓外加壓 頭，頭，m），）， f H g u g p zH g u g p z 22 2 22

9、 2 2 11 1 上式也可以寫(xiě)成：上式也可以寫(xiě)成： f h up gzW up gz 22 2 22 2 2 11 1 ff Hgh gHW 單位質(zhì)量流體的單位質(zhì)量流體的能量損失能量損失，J/kg 單位質(zhì)量流體的單位質(zhì)量流體的外加能量外加能量，J/kg 第17頁(yè)/共28頁(yè)第16頁(yè)/共28頁(yè) hf （1） Q、W、hf分別為單位質(zhì)分別為單位質(zhì) 量流體在兩截面間所獲得的和所量流體在兩截面間所獲得的和所 消耗的能量，而另外三項(xiàng)是某截消耗的能量，而另外三項(xiàng)是某截 面上流體本身所具有的能量。面上流體本身所具有的能量。 （2）實(shí)際流體沿管路流動(dòng)時(shí)，）實(shí)際流體沿管路流動(dòng)時(shí)， 如果無(wú)外功加入，上游截面的總?cè)?/p>

10、果無(wú)外功加入，上游截面的總 機(jī)械能大于下游截面的總機(jī)械能機(jī)械能大于下游截面的總機(jī)械能 。 f h up gzQW up gz 22 2 22 2 2 11 1 第18頁(yè)/共28頁(yè)第17頁(yè)/共28頁(yè) Q=0， W=0， hhf=0 1 2 2 2 2 1 2 1 1 22 kgJ pu gz pu gz 理想流體理想流體作作穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)：時(shí)： a 任一截面上的總機(jī)械能都相等。任一截面上的總機(jī)械能都相等。 b 同一截面上不同形式的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換，此同一截面上不同形式的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換，此 增彼減，但總機(jī)械能保持不變。增彼減，但總機(jī)械能保持不變。 f h up gzQW up gz 22

11、 2 22 2 2 11 1 理想流理想流 體時(shí)：體時(shí)： 第19頁(yè)/共28頁(yè)第18頁(yè)/共28頁(yè) 0 0 0 21 f h Q W uu )( 2121 2 2 1 1 zzgpp p gz p gz 流體靜流體靜 止時(shí)：止時(shí)： f h up gzQW up gz 22 2 22 2 2 11 1 流體處于靜止時(shí)流體處于靜止時(shí)，任何截面上的位能和靜壓能之和，任何截面上的位能和靜壓能之和 為常數(shù)。為常數(shù)。 第20頁(yè)/共28頁(yè)第19頁(yè)/共28頁(yè) 1. 確定管道中流體的確定管道中流體的流量流量 2. 確定容器間確定容器間相對(duì)位置相對(duì)位置 3. 確定輸送設(shè)備的確定輸送設(shè)備的有效功率有效功率 4. 確定管

12、路中流體的確定管路中流體的壓強(qiáng)壓強(qiáng) f h up gzWQ up gz 22 2 22 2 2 11 1 第21頁(yè)/共28頁(yè)第20頁(yè)/共28頁(yè) v 1作圖與確定衡算范圍。作圖與確定衡算范圍。根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)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、下的示意圖，并指明流體的流動(dòng)方向。定出上、下 游截面，以明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍。游截面，以明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍。 v 2截面的選取。截面的選取。兩截面均應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直，兩截面均應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直， 并且并且在兩截面間的流體必須是連續(xù)的在兩截面間的流體必須是連續(xù)的。 所求的未知量應(yīng)在截面上或在兩截面之間，且截面所求的未知量

13、應(yīng)在截面上或在兩截面之間，且截面 上的上的Z、u、p等有關(guān)物理量，除所需求取的未知等有關(guān)物理量，除所需求取的未知 量外，都應(yīng)該是已知的或能通過(guò)其它關(guān)系計(jì)算出量外，都應(yīng)該是已知的或能通過(guò)其它關(guān)系計(jì)算出 來(lái)。來(lái)。 第22頁(yè)/共28頁(yè)第21頁(yè)/共28頁(yè) 第23頁(yè)/共28頁(yè)第22頁(yè)/共28頁(yè) 1、確定管道中流體的流量、確定管道中流體的流量 例：例：20oC的空氣在的空氣在直徑為直徑為80mm的水平管流過(guò)?，F(xiàn)于的水平管流過(guò)。現(xiàn)于 管路中接一文丘里管，文丘里管的上游接一水銀管路中接一文丘里管，文丘里管的上游接一水銀U形形 管壓差計(jì)，在管壓差計(jì)，在直徑為直徑為20mm的喉頸處接一細(xì)管，其下部的喉頸處接一細(xì)管

14、，其下部 插入水槽中。當(dāng)插入水槽中。當(dāng)U形管壓差計(jì)讀數(shù)形管壓差計(jì)讀數(shù)R=25mm、h=0.5m 時(shí)，試求此時(shí)空氣的流量為若干時(shí)，試求此時(shí)空氣的流量為若干m3/h。 當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為l01.33 103Pa。 空氣的平均密度為空氣的平均密度為1.20kg/m3. 空氣流過(guò)文丘里管的空氣流過(guò)文丘里管的 能量損失可忽略不計(jì)能量損失可忽略不計(jì)。 第24頁(yè)/共28頁(yè)第23頁(yè)/共28頁(yè) 例：例：密度為密度為850kg/m3的料液從的料液從 高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的 液面維持恒定。塔內(nèi)液面維持恒定。塔內(nèi)表壓強(qiáng)為表壓強(qiáng)為 9.8l l03Pa，進(jìn)料量為進(jìn)料量為5m3/h

15、。 連接管直徑為連接管直徑為 38 2.5mm，料料 液在連接管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損液在連接管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損 失為失為30J/kg(不包括出口的能量不包括出口的能量 損失損失)。 試求高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的試求高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的 進(jìn)料口高出多少進(jìn)料口高出多少? 第25頁(yè)/共28頁(yè)第24頁(yè)/共28頁(yè) 例：用泵例：用泵2將貯槽將貯槽1中中密度為密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)的溶液送到蒸發(fā) 器器3內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為101.33kPa 。蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為200mmHg(真空度真空度) 。蒸發(fā)器進(jìn)

16、料口高于貯槽內(nèi)的液面。蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)的液面15m，輸送管道輸送管道 的直徑為的直徑為 68 4mm，送料量為送料量為20m3/h， 溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg， 求泵的有效功率。求泵的有效功率。 第26頁(yè)/共28頁(yè)第25頁(yè)/共28頁(yè) 例：水在本題附圖所示的虹吸管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，管路例：水在本題附圖所示的虹吸管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，管路 直徑?jīng)]有變化，水流經(jīng)管路的能量損失可以忽略不計(jì)直徑?jīng)]有變化，水流經(jīng)管路的能量損失可以忽略不計(jì) ，試計(jì)算管內(nèi)截面，試計(jì)算管內(nèi)截面2-2 、3-3 、4-4 和和5-5 處的壓強(qiáng)。大處的壓強(qiáng)。大 氣壓強(qiáng)為氣壓強(qiáng)為760mmHg。圖中所標(biāo)注的尺寸均以圖中所標(biāo)注的尺寸均以mm計(jì)。計(jì)。 第27頁(yè)/共28頁(yè)第26頁(yè)/共28頁(yè) e e 例：用壓縮空氣將例：用壓縮空氣將密度為密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位的腐蝕性液體自低位 槽送到高位槽，兩槽的液面維持恒定。管路直徑均為槽送到高位槽，兩槽的液面維持