環(huán)境工程原理節(jié)實(shí)用教案

1、本章主要(zhyo)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程第二節(jié)第二節(jié) 穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)(wndng)流動(dòng)系統(tǒng)的衡流動(dòng)系統(tǒng)的衡算方程算方程第三節(jié)第三節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力第四節(jié)第四節(jié) 邊界層理論邊界層理論第五節(jié)第五節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失流體流動(dòng)的阻力損失第六節(jié)第六節(jié) 管路計(jì)算管路計(jì)算第七節(jié)第七節(jié) 流體測(cè)量流體測(cè)量第三章 流體流動(dòng) 第1頁(yè)/共51頁(yè)第一頁(yè)，共52頁(yè)。第一節(jié) 流體靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程一、流體(lit)的性質(zhì)1 1不能承受拉力不能承受拉力(ll)(ll)，具有流動(dòng)性；，具有流動(dòng)性；3 3 受 外 力 作 用 時(shí) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 受 外 力 作 用

2、時(shí) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生(chnshng)(chnshng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2 2無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變化；無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變化；不可壓縮流體：不可壓縮流體：流體體積不隨流體體積不隨變化而變化，一般變化而變化，一般 指液體；指液體；可壓縮流體：可壓縮流體：流體體積隨壓力變化而變化，一般指流體體積隨壓力變化而變化，一般指 氣體；氣體；第2頁(yè)/共51頁(yè)第二頁(yè)，共52頁(yè)。物質(zhì)物質(zhì)(wzh)(wzh)的宏觀性質(zhì)由物質(zhì)的宏觀性質(zhì)由物質(zhì)(wzh)(wzh)內(nèi)部的微觀結(jié)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和分子間作用力所決定構(gòu)和分子間作用力所決定分子分子(fnz)(fnz)的的熱運(yùn)動(dòng)和相互碰熱運(yùn)動(dòng)和相互碰撞撞給分子以動(dòng)

3、能給分子以動(dòng)能(dngnng)(dngnng)使之趨使之趨于飛散于飛散 分子間相互作用分子間相互作用力的約束力的約束 以勢(shì)能的作用使之以勢(shì)能的作用使之趨于團(tuán)聚趨于團(tuán)聚 兩種力競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果決定了物質(zhì)的外在宏觀性質(zhì)。而這兩種兩種力競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果決定了物質(zhì)的外在宏觀性質(zhì)。而這兩種力的大小與分子間距有很大關(guān)系。力的大小與分子間距有很大關(guān)系。第3頁(yè)/共51頁(yè)第三頁(yè)，共52頁(yè)。約為110-8 cm（分子尺度的量級(jí)），分子間相互作用勢(shì)能出現(xiàn)一個(gè)極值稱為“勢(shì)阱(sh jn)”，即分子結(jié)合能，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子平均動(dòng)能。分子力占主導(dǎo)地位，分子呈固定排列，分子熱運(yùn)動(dòng)僅表現(xiàn)為平衡位置附近的振蕩。有一定形狀且不易變形。液體：

4、分子(fnz)熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子(fnz)間相互作用勢(shì)能的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)均力敵，分子(fnz)間距比固體大1/3左右。不可壓縮、易流動(dòng)。氣體：分子(fnz)間距約為3.310-7cm（為分子(fnz)尺度的10倍）。分子(fnz)平均動(dòng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子(fnz)間相互作用勢(shì)能，分子(fnz)近似作自由的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。易流動(dòng)、可壓縮。超臨界流體、等離子體流體(lit)固體第4頁(yè)/共51頁(yè)第四頁(yè)，共52頁(yè)。二 、 連 續(xù) 介 質(zhì) 假 定二 、 連 續(xù) 介 質(zhì) 假 定(jidng)(jidng) 假定流體是由無(wú)數(shù)內(nèi)部緊密假定流體是由無(wú)數(shù)內(nèi)部緊密相連，彼此間沒(méi)有間隙相連，彼此間沒(méi)有間隙(jin x)(jin x)的

5、流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。連續(xù)介質(zhì)。 所謂質(zhì)點(diǎn)是指由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺所謂質(zhì)點(diǎn)是指由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但卻遠(yuǎn)大于分子自由程。這些寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但卻遠(yuǎn)大于分子自由程。這些質(zhì)點(diǎn)在流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在流體內(nèi)部(nib)(nib)緊緊相連，彼此間沒(méi)有間緊緊相連，彼此間沒(méi)有間隙，即流體充滿所占空間，為連續(xù)介質(zhì)。隙，即流體充滿所占空間，為連續(xù)介質(zhì)。第5頁(yè)/共51頁(yè)第五頁(yè)，共52頁(yè)。 當(dāng)把流體當(dāng)把流體(lit)(lit)看作是連續(xù)介質(zhì)后，流體看作是連續(xù)介質(zhì)后，流體(lit)(lit)微團(tuán)連續(xù)布滿整個(gè)流體微團(tuán)連續(xù)布滿整個(gè)流體(lit)(lit)

6、空間，空間，流體流體(lit)(lit)的物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)成為空間的的物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)成為空間的連續(xù)函數(shù)，可以引用連續(xù)函數(shù)的解析方法等數(shù)連續(xù)函數(shù)，可以引用連續(xù)函數(shù)的解析方法等數(shù)學(xué)工具來(lái)研究流體學(xué)工具來(lái)研究流體(lit)(lit)的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該假定對(duì)絕大部分工程技術(shù)問(wèn)題該假定對(duì)絕大部分工程技術(shù)問(wèn)題(wnt)(wnt)都適用。都適用。但當(dāng)流動(dòng)體系的特征尺度與分子的平均自由程相當(dāng)時(shí)，但當(dāng)流動(dòng)體系的特征尺度與分子的平均自由程相當(dāng)時(shí)，例如高真空稀薄氣體的流動(dòng)，連續(xù)介質(zhì)假定受到限制，例如高真空稀薄氣體的流動(dòng)，連續(xù)介質(zhì)假定受到限制，需要用分子動(dòng)力學(xué)理論的微觀方法來(lái)研究。本書(shū)只研需

7、要用分子動(dòng)力學(xué)理論的微觀方法來(lái)研究。本書(shū)只研究連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)規(guī)律。究連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)規(guī)律。 第6頁(yè)/共51頁(yè)第六頁(yè)，共52頁(yè)。1、場(chǎng)力：非接觸力，大小與流體(lit)的質(zhì)量成正比，例 如：重 力，離心力，電磁力等。 2、表面力：接觸力，大小與和流體接觸物體(包括流 體本身(bnshn) 的表面積成正比，例如：壓強(qiáng)和應(yīng)力。 第7頁(yè)/共51頁(yè)第七頁(yè)，共52頁(yè)。當(dāng)當(dāng)?shù)氐卮蟠髿鈿鈮簤航^絕壓壓表表壓壓 絕壓絕壓當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩日婵斩?（2 2）壓力）壓力( (強(qiáng)強(qiáng)) )的兩種表征的兩種表征(bio (bio zhnzhn) )方法方法（1 1）壓強(qiáng)被視為外部作用力（包括流體柱自身的重）壓強(qiáng)被視為

8、外部作用力（包括流體柱自身的重力），在流體中傳播，其方向始終與作用面相垂力），在流體中傳播，其方向始終與作用面相垂直；無(wú)論流體運(yùn)動(dòng)與否，壓強(qiáng)始終存在，靜止流直；無(wú)論流體運(yùn)動(dòng)與否，壓強(qiáng)始終存在，靜止流體中的壓強(qiáng)稱為體中的壓強(qiáng)稱為(chn(chn wi) wi)靜壓強(qiáng)。在流體靜壓強(qiáng)。在流體空間任一點(diǎn)處，各方向的靜壓強(qiáng)相等?？臻g任一點(diǎn)處，各方向的靜壓強(qiáng)相等。壓力的大小常以兩種不同的基準(zhǔn)來(lái)表示(biosh)(biosh)：一是絕對(duì)真空；另一個(gè)是大氣壓力?；鶞?zhǔn)不同，表示(biosh)(biosh)方法也不同。以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為絕對(duì)壓力，是流體的真實(shí)壓力；以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為表壓或真空

9、度。第8頁(yè)/共51頁(yè)第八頁(yè)，共52頁(yè)。真空度= p0 p 絕對(duì)(judu)壓強(qiáng) 表壓 = p p0絕對(duì)(judu)壓強(qiáng)絕對(duì)(judu)壓強(qiáng)、表壓和真空度間的關(guān)系絕對(duì)真空 p=0大氣壓強(qiáng) p0絕對(duì)壓強(qiáng) p p0絕對(duì)壓強(qiáng) p p0p第9頁(yè)/共51頁(yè)第九頁(yè)，共52頁(yè)。例：某水泵進(jìn)口管處真空表讀數(shù)為例：某水泵進(jìn)口管處真空表讀數(shù)為650mmHg柱，出柱，出 口管處壓力表讀數(shù)為口管處壓力表讀數(shù)為250Kpa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?，?dāng)?shù)卮髿鈮簽?1atm，試求水泵進(jìn)出口處的絕對(duì)，試求水泵進(jìn)出口處的絕對(duì)(judu)壓力各壓力各為多少？為多少？解：解： 5510013. 176065010013. 1進(jìn)口絕對(duì)壓力351

10、02501013.10出口絕對(duì)壓力第10頁(yè)/共51頁(yè)第十頁(yè)，共52頁(yè)。四、流體(lit)靜力學(xué)基本方程。 容器內(nèi)裝有密度為的液體，在液體中取一截面積為A的液柱，液柱的上、下表面(biomin)與容器底的距離分別為Z1和Z2。作用在上、下表面(biomin)的壓強(qiáng)分別為P1和P2 。垂直方向(fngxing)(fngxing)對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：液柱重力G = gA(Z1Z2) ，上表面受到向下的壓力F1 = p1A，下表面受到向上的壓力F2 = p2A ，第11頁(yè)/共51頁(yè)第十一頁(yè)，共52頁(yè)。液柱處于(chy)靜止?fàn)顟B(tài)，所受合力為零，2112()0p Ap AgA zz 2112()ppg z

11、z 壓力(yl)形式（1-1）能量(nngling)形式（1-2）1212ppz gz g將液柱的上表面取在容器內(nèi)的液面上，設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為p0 ，液柱高度為h ，則式（1-1）可改寫(xiě)為20ppgh （1-3）流體靜流體靜力學(xué)基力學(xué)基本方程本方程第12頁(yè)/共51頁(yè)第十二頁(yè)，共52頁(yè)。1、靜力學(xué)方程適用于在重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)且連通的同種(tn zhn)不可壓縮流體，如液體。適用范圍：2、對(duì)于氣體，密度隨壓力(yl)變化，若氣體的壓力(yl)變化不大，密度近似地取平均值且視為常數(shù)時(shí)，式(1-1)、(1-2)和 (1-3)也適用。 討論(toln)： （1）Zg 、 分別為單位質(zhì)量流體所具有的位能

12、和靜壓能，即在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但Zg和 可以轉(zhuǎn)換，其總和為常量。 因此，靜力學(xué)基本方程也反映了靜止流體內(nèi)部能量守恒與轉(zhuǎn)換的關(guān)系。p p 第13頁(yè)/共51頁(yè)第十三頁(yè)，共52頁(yè)。（2）式（1-2）可改寫(xiě)(gixi)為 壓力或壓力差可用液柱高度表示，但需注明液體(yt)的種類。2apphg （3）在靜止、連續(xù)的同種液體內(nèi)，同一(tngy)水平面各點(diǎn)的壓強(qiáng)處處相等。壓強(qiáng)相等的面稱為等壓面。 系統(tǒng)中任意一點(diǎn)只有一個(gè)壓強(qiáng)； 與大氣連同的兩個(gè)液面必定是等壓面。第14頁(yè)/共51頁(yè)第十四頁(yè)，共52頁(yè)。五、靜力學(xué)基本(jbn)方程的應(yīng)用 利用靜力學(xué)基本原理可以測(cè)量流體的壓力

13、(yl)、容器中的液位及計(jì)算液封的高度等。第15頁(yè)/共51頁(yè)第十五頁(yè)，共52頁(yè)。第二節(jié) 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的衡算方程 化工及環(huán)境工程中常采用管道輸送流體。管流系統(tǒng)化工及環(huán)境工程中常采用管道輸送流體。管流系統(tǒng)的質(zhì)量衡算和能量衡算方程是解決管路計(jì)算、流體輸送的質(zhì)量衡算和能量衡算方程是解決管路計(jì)算、流體輸送機(jī)械的選擇及流量測(cè)定等實(shí)際問(wèn)題機(jī)械的選擇及流量測(cè)定等實(shí)際問(wèn)題(wnt)(wnt)的重要基礎(chǔ)的重要基礎(chǔ)和方法。本節(jié)學(xué)習(xí)流體流動(dòng)的規(guī)律，重點(diǎn)研究流體在管和方法。本節(jié)學(xué)習(xí)流體流動(dòng)的規(guī)律，重點(diǎn)研究流體在管道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律。道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律。第16頁(yè)/共51頁(yè)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。一、流動(dòng)一、流動(dòng)(lidng)(lid

14、ng)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算方系統(tǒng)的質(zhì)量衡算方程程二、流動(dòng)二、流動(dòng)(lidng)(lidng)系統(tǒng)的能量衡算方系統(tǒng)的能量衡算方程程本節(jié)主要本節(jié)主要(zhyo)內(nèi)容內(nèi)容第二節(jié) 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的衡算方程第17頁(yè)/共51頁(yè)第十七頁(yè)，共52頁(yè)。一、流體流動(dòng)一、流體流動(dòng)(lidng)(lidng)的狀態(tài)的狀態(tài) 在流動(dòng)(lidng)流體系統(tǒng)中，物理量是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：流體流動(dòng)系統(tǒng)中，各截面上的壓力、 流速、流量(liling)等物理量?jī)H隨位置變化， 而不隨時(shí)間變化。 非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨 位置變化，又隨時(shí)間變化。qV2、u2、p2qV1、u1、p1qV2、u2、p2(a) 恒位

15、槽恒位槽(穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng))(b)普通貯槽普通貯槽(不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng))第18頁(yè)/共51頁(yè)第十八頁(yè)，共52頁(yè)。 二、流動(dòng)系統(tǒng)二、流動(dòng)系統(tǒng)(xtng)(xtng)的質(zhì)量衡的質(zhì)量衡算方程算方程在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)(xtng)中，對(duì)直徑不同的管段做物料衡算。1、衡算范圍(fnwi)：3、衡算基準(zhǔn)：取管內(nèi)壁截面1-1 與2-2 間的管段。1s (單位時(shí)間) 輸入系統(tǒng)的質(zhì)量流量：m11m11quA2222mmquA輸出系統(tǒng)的質(zhì)量流量：4、寫(xiě)出質(zhì)量衡算方程：1m112m22ddmuAuAt(3.1.1)2、衡算對(duì)象：管段內(nèi)的流體第19頁(yè)/共51頁(yè)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。d0dmt1m112m22uAuAm11m2

16、2uAuA 對(duì)于對(duì)于(duy)穩(wěn)態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程 對(duì)不可對(duì)不可(bk)壓縮流體，壓縮流體，為常數(shù)為常數(shù)不可(bk)壓縮流體管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程 (3.1.2)(3.1.3)不可壓縮流體作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)平均速度um僅隨管截面積而變化。第20頁(yè)/共51頁(yè)第二十頁(yè)，共52頁(yè)。對(duì)于(duy)圓形管道 (3.1.4)2211m2mdduu表明：當(dāng)體積流量表明：當(dāng)體積流量(liling)一定時(shí)，管內(nèi)流體的流速與一定時(shí)，管內(nèi)流體的流速與管道直徑的平方成反比；流體在均勻直管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)管道直徑的平方成反比；流體在均勻直管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，平均速度恒定不變。時(shí)，平均速度恒定不變。第21頁(yè)/共51頁(yè)第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。

17、21mmmqqq2211AuAuuA 思考：如果思考：如果(rgu)管道有分支，則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方管道有分支，則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程程 又如何？又如何？第22頁(yè)/共51頁(yè)第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。三、流動(dòng)系統(tǒng)三、流動(dòng)系統(tǒng)(xtng)(xtng)的能量衡算方程的能量衡算方程1122系統(tǒng)與外界交換(jiohun)能量流體(lit)攜帶能量（一）總能量衡算（一）總能量衡算 衡算范圍：截面1-1與 2-2間的管道和設(shè)備。 衡算基準(zhǔn)：1kg流體。取0-0為基準(zhǔn)水平面。第23頁(yè)/共51頁(yè)第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。1、流體(lit)攜帶能量靜壓能位能動(dòng)能內(nèi)能EEEEE 輸出輸出(shch)系統(tǒng)的物質(zhì)的總能量輸

18、入系統(tǒng)的物質(zhì)的總系統(tǒng)的物質(zhì)的總能量輸入系統(tǒng)的物質(zhì)的總能量從外界吸收的熱量對(duì)外界所作的功能量從外界吸收的熱量對(duì)外界所作的功 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)下，系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)能量積累(jli)，則能量衡算方程為 (1)(1)內(nèi)能：溫度的函數(shù)，單位質(zhì)量流體單位質(zhì)量流體 的內(nèi)能用的內(nèi)能用e表示表示， 單位 kJ/kg(2)(2)動(dòng)能：流體流動(dòng)時(shí)具有的能量(3)(3)位能：流體受重力作用具有的能量 ，取決于相對(duì)基準(zhǔn)水平面的高度。 21(J)2mu單位質(zhì)量流體具有的動(dòng)能 21(J/kg)2u ( )mgZ J(J/kg)gZ 第24頁(yè)/共51頁(yè)第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。(4) 靜壓能（流動(dòng)靜壓能（流動(dòng)(lidng)功）功） 流體內(nèi)部任

19、何(rnh)位置具有一定的靜壓力。流體進(jìn)入系統(tǒng)需要對(duì)抗壓力做功，這部分功成為流體靜壓能輸入系統(tǒng)。流體在截面流體在截面(jimin)處具有的壓力處具有的壓力 FpA 流體通過(guò)截面的距離為 /lVA 流體通過(guò)截面的靜壓能流體通過(guò)截面的靜壓能 Fl 單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能 Vpm (J/kg)pv AFVpAA(J)pV 質(zhì)量體積第25頁(yè)/共51頁(yè)第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。單位單位(dnwi)質(zhì)量流體的總能量為質(zhì)量流體的總能量為212Eeugzp 2、與外界交換(jiohun)的能量(1) 功：?jiǎn)挝毁|(zhì)量功：?jiǎn)挝毁|(zhì)量(zhling)流體對(duì)輸送機(jī)械作功流體對(duì)輸送機(jī)械作功We，k

20、J/kg，We 為負(fù)值，表示輸送機(jī)械對(duì)系統(tǒng)內(nèi)流體為負(fù)值，表示輸送機(jī)械對(duì)系統(tǒng)內(nèi)流體作功。作功。 (2) 熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體在通過(guò)系統(tǒng)過(guò)程中與環(huán)境交換熱量為Qe，kJ/kg，吸熱為正值，放熱為負(fù)值。第26頁(yè)/共51頁(yè)第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。3 3、總能量、總能量(nngling)(nngling)方程方程流體本身所具有能量和熱、功就是流體本身所具有能量和熱、功就是(jish)流動(dòng)系統(tǒng)的流動(dòng)系統(tǒng)的總能量總能量1122211111112Eeugzp 222222212Eeugzp 第27頁(yè)/共51頁(yè)第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。單位質(zhì)量流體穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的總能量(nngling)衡算式 2ee1()2eugzpQW

21、 222222211111ee11()()22eugzpeugzpQW 2211111e22222e1122eugzpQeugzpW (3.1.10)功功機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)能(ni nn) 動(dòng)能(dngnng)位能靜壓能 熱第28頁(yè)/共51頁(yè)第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。注意：A. 實(shí)際應(yīng)用時(shí)密度(md)、壓力、高度可以采用截面處的平 均值。B. 對(duì)于(duy)實(shí)際流體，截面上各點(diǎn)的速度不同，應(yīng)用能量 衡算方程時(shí)應(yīng)以截面上的平均動(dòng)能代替方程中的動(dòng) 能項(xiàng)，而不能以平均速度代替方程中的速度。muu22mm1122uu ? m1dAuu AA 22m111d22AuuAA 22mm1122uu 第29頁(yè)/共51

22、頁(yè)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。由于工程(gngchng)上常采用平均速度，為應(yīng)用方便，引入動(dòng)能校正系數(shù)，22mm1122uu 2mee1()2eugzpQW (3.1.10)引入動(dòng)能校正(jiozhng)系數(shù)后， 2m1e()2eeug ZpQW (3.1.11)pveH2m1()2eeHug ZQW 第30頁(yè)/共51頁(yè)第三十頁(yè)，共52頁(yè)。流體(lit)輸送過(guò)程各種機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換(zhunhun)，可用于輸送流體機(jī)械消耗(xioho)過(guò)程轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使流體溫度略有升高從流體輸送角度這部分機(jī)械能“損失”（二）機(jī)械能衡算方程(柏努利方程) 將總能量衡算方程中將總能量衡算方程中熱和內(nèi)能熱和內(nèi)能項(xiàng)消去，用項(xiàng)

23、消去，用機(jī)械能機(jī)械能和機(jī)械能損失和機(jī)械能損失表示。表示。通過(guò)適當(dāng)變換機(jī)械能衡算方程。內(nèi)能和熱：不能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用于流體輸送1、機(jī)械能衡算方程第31頁(yè)/共51頁(yè)第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。假設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)過(guò)程。根據(jù)(gnj)熱力學(xué)第一定律： 21edeQp 單位質(zhì)量流體(lit)從截面1-1流到2-2時(shí)因體積膨脹做的機(jī)械功單位質(zhì)量流體從截面1-1流到2-2獲得(hud)的熱量流體克服流動(dòng)阻力做功，消耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化成的熱。eefQQh 流體通過(guò)環(huán)境直接獲得的熱阻力損失阻力損失(3.1.12)(3.1.13)第32頁(yè)/共51頁(yè)第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。 212mef1d2ppug zpWh 212mef1()

24、d2ug zppWh 2211()ddppppp 單位單位(dnwi)質(zhì)量流體的機(jī)械能衡算方質(zhì)量流體的機(jī)械能衡算方程程變換(binhun)2mee1()()2eug zpQW 21defeQhp (3.1.15)(3.1.11)(3.1.14)變換(binhun)適用于不可壓縮流體和可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程適用于不可壓縮流體和可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程第33頁(yè)/共51頁(yè)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。 2mef12pug zWh 2212m11em22f1122ppugzWugzh 2、柏努利方程(fngchng)對(duì)于(duy)不可壓縮流體，比體積v或密度(md)為常數(shù)，1221ppvvdpppp代入(3.1

25、.15)式流體輸送過(guò)程流體流態(tài)幾乎都為湍流，令流體輸送過(guò)程流體流態(tài)幾乎都為湍流，令1 2mef12pug zWh 拓展的伯努利方程 21,ZZZ222mm2m1,222uuu 21ppp 第34頁(yè)/共51頁(yè)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。伯努利方程(fngchng) 對(duì)于理想流體，無(wú)因(w yn)黏性引起的摩擦阻力，若無(wú)外功(wigng)加入e0W 理想流體在管路中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)且無(wú)外功加入時(shí)，任一任一截面單位質(zhì)量流體所具有的總機(jī)械能相等，即各種機(jī)械截面單位質(zhì)量流體所具有的總機(jī)械能相等，即各種機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量不變。能之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量不變。 2m12pugz 常數(shù)f0h 22m11m22

26、12zz22upupgg第35頁(yè)/共51頁(yè)第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。3、機(jī)械能衡算方程、機(jī)械能衡算方程(fngchng)(柏努利柏努利方程方程(fngchng)的討論的討論 2212m11em22f1122ppugzWugzh （2）實(shí)際流體）實(shí)際流體(lit)在管路內(nèi)流動(dòng)時(shí)，上游截面處總機(jī)在管路內(nèi)流動(dòng)時(shí)，上游截面處總機(jī)械能大于下游截面處總機(jī)械能。械能大于下游截面處總機(jī)械能。 （4）當(dāng)體系）當(dāng)體系(tx)無(wú)外功，且處于靜止?fàn)顟B(tài)無(wú)外功，且處于靜止?fàn)顟B(tài) 1212ppgzgz流體靜力平衡是流體流動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)特例 （3）柏努利方程具有不同形式 （課本p56-57）（1）適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體）

27、適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體第36頁(yè)/共51頁(yè)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。，eemeVNW qW q 2212m11em22f1122ppugzWugzh 4、機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程( (柏努利方程柏努利方程) )的應(yīng)用的應(yīng)用 We：輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所做的輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所做的有效功有效功， Ne：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸送設(shè)備對(duì)流體所做的單位時(shí)間輸送設(shè)備對(duì)流體所做的有效功有效功 (功率功率) 管路計(jì)算。第37頁(yè)/共51頁(yè)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。 (1) 應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)柏努利方程的注意事項(xiàng)柏努利方程的注意事項(xiàng) 1）作圖并確定衡算范圍）作圖并確定衡算范圍 根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)示意圖，

28、指明流體流動(dòng)根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)示意圖，指明流體流動(dòng) 方方 向，選擇上下截面，明確衡算范圍。向，選擇上下截面，明確衡算范圍。 2）截面的截?。┙孛娴慕厝?截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，通過(guò)截面流體必須連截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，通過(guò)截面流體必須連續(xù)，所求未知量應(yīng)在兩截面上或兩截面之間。續(xù)，所求未知量應(yīng)在兩截面上或兩截面之間。 第38頁(yè)/共51頁(yè)第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。 4）單位必須一致）單位必須一致 應(yīng)用柏努利方程前，統(tǒng)一單位。兩截面的壓強(qiáng)應(yīng)用柏努利方程前，統(tǒng)一單位。兩截面的壓強(qiáng)(yqing)除除 要求單位一致外，還要求表示方法一致。要求單位一致外，還要求表示方法一致。3）基準(zhǔn)）基準(zhǔn)(jzhn)水平面的選取

29、水平面的選取 基準(zhǔn)基準(zhǔn)(jzhn)水平面的位置可任意選取，但必須與地面水平面的位置可任意選取，但必須與地面平行，為計(jì)算方便，通常取衡算范圍兩個(gè)截面中的任意平行，為計(jì)算方便，通常取衡算范圍兩個(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)一個(gè)截面。如衡算范圍為水平管道，則基準(zhǔn)(jzhn)水水平面通過(guò)管道中心線，平面通過(guò)管道中心線，Z=0。第39頁(yè)/共51頁(yè)第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。 例1：化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液(密度為1100kg/m3)送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出。泵入口管為1084mm、出口管為763mm的鋼管，管中流速1.2m/s。貯液池中堿液深1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處距離(jl

30、)為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg (不包括噴嘴)，噴嘴入口處壓力29.4kPa (表壓)。設(shè)泵的效率為60%，試求泵所需的功率。分析分析(fnx)：截面的選??？截面的選??？u2=?連續(xù)性方程連續(xù)性方程柏努利方程柏努利方程N(yùn)=Ne=Weqm /u2A2？221211221122efppz guWz guW米制(mzh)管徑： 763 mm，d內(nèi)=76 32 = 70 mm第40頁(yè)/共51頁(yè)第四十頁(yè)，共52頁(yè)。解：取堿液池中液面為1-1、塔頂噴嘴入口處2-2為截面(jimin)，以1-1為基準(zhǔn)水平面。在1-1和2-2截面(jimin)間列柏努利方程221211221122e

31、fppz guWz guW其中(qzhng)：z1=0；p1=0（表壓）；u10 z2=20-1.5=18.5m；p2=29.4103 Pa（表壓） 20m1.5m第41頁(yè)/共51頁(yè)第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。已知泵入口管尺寸及堿液流速，根據(jù)連續(xù)性方程計(jì)算(j sun)泵出口管堿液流速：45. 2)70100(2 . 1)(2222dduu入入m/s =1100 kg/m3，Wf=30.8 J/kg，將以上各值代入方程，求輸送堿液所需的外加(wiji)能量0 .2428 .301100104 .2945. 22181. 95 .1832eWJ/kg堿液的質(zhì)量(zhling)流量37.10110045

32、. 207. 0785. 042222mudqkg/s泵的有效功率kW 51. 2 W251037.10242mqWNee則泵的軸功率18. 46 . 051. 2eNNkW第42頁(yè)/共51頁(yè)第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。 例2：在453mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管上游(shngyu)接一壓強(qiáng)表，其讀數(shù)為137.5kPa，管內(nèi)水流速u1=1.3m/s，文丘里管喉徑10mm，文丘里管喉部一內(nèi)徑15mm的玻璃管，下端插入水池中，池內(nèi)水面到管中心線的距離為3m，若將水視為理想流體，試判斷池中水能否被吸入管中？若能吸入，求每小時(shí)吸入的水量為多少m3/h？分析分析(fnx)：比較總勢(shì)能比較總勢(shì)能求求P柏努利方程柏努利方程判斷流向？ 解：在管路上選解：在管路上選1-1和和2-2截面截面(jimin)，取，取3-3截面截面(jimin)為基準(zhǔn)水平為基準(zhǔn)水平面。設(shè)支管中水為靜止?fàn)蠲?。設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)。在態(tài)。在1-1截面截面(jimin)和和2-2截面截面(jimin)間列間列柏努利方程：柏努利方程： 第43頁(yè)/共51頁(yè)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。2211221222uPuPgZgZ式中：式中： 12zz3 m11.3 m