化工原理化學系第04講

1、作業(yè)題思考題：這種流程有什么弊端？如何改進？試畫出流程圖。在上述參數(shù)不變的情況下，再計算改進流程的晶體產量。在生產KNO3的過程中，20 %(M/M，即質量百分比)的KNO3溶液以1000kg/h的流量進入一蒸發(fā)器，在422K下蒸發(fā)掉部分水分，得到50%(M/M)的溶液。然后，進入結晶器，在311K下結晶，得到96 %(M/M)的晶體作為產品取出，母液濃度為37.5。試計算晶體產品量（連續(xù)進料穩(wěn)定生產時）。蒸發(fā)器結晶器miciwmococeme母液作業(yè)題蒸發(fā)器結晶器miciwmococememrcrmr, cr物料衡算步驟及要點1、物流圖 2、確定衡算范圍 3、確定衡算對象 4、統(tǒng)一計算單位5

2、、確定衡算基準第四講 流體流動 單元演習及測驗受力平衡與能量守恒流體靜力學方程伯努利方程連續(xù)性方程流體受力表面力質量力：重力、慣性力法向力：壓力等切向力：摩擦力、剪力能量機械能熱力學能：內能動能位能靜壓能一. 流體的受力與能量二、流體靜力學基本方程(1). 靜壓強僅與流體的密度和垂直位置有關;(2). 連續(xù)、均一、靜止、不可壓縮流體內，任一點的壓強等于液面壓強與液面到該點液柱高度所產生的壓強。(4). 連續(xù)、均一、靜止不可壓縮流體內任一點的位能和靜壓能之和為定值。(3). gz表示單位質量流體所具有的位能; p/為單位質量流體所具有的靜壓能；1. 流體靜力學基本方程遵循以下原則和步驟：a. 尋

3、找連續(xù)、均一的流體水平面，以水平面為基準，確定壓差相同的位置。b. 分別依據(jù)流體靜力學方程求得基準水平面上的壓力表達式。c. 列等式，求解。2.流體靜力學方程的應用1) U型測壓管ihRAPa12依據(jù)流體靜力學方程知：P1P2p1=gh + pAp2=igR + pagh + pA igR + papA igR + pa ghp（表）igR gh若i遠大于，則有：p（表）igR3.靜力學方程的應用壓力的測量測PA2) U型管壓差計ABZAZBR12p1=p2p1=pA+gZAp2=pB+g(ZBR)+ igR1. ZBZA ， pA pB= (i )gR2. 若壓差一定，減小(i )可增大R；

4、3. 若 i遠大于 ， pA pB= i gR3. 靜力學方程的應用壓力的測量pA pB=g(ZBZA)+ (i )gR測PA-PB若傾斜一定角度，R？RR3) 微壓差計pApBRhiZ12p1 = p2p1=pA+gZp2=pB+g(Z-R+h)+ igR若di遠小于d，則有：pA-pB= (i- ) gR3. 靜力學方程的應用壓力的測量pA-pB=gh+ (i- ) gR雙液型壓差計4)復式壓差計例：P Z4Z3332211Z2Z1HgpaZ0如右圖所示壓差計，紅色為Hg，藍色代表水。已知：Z0=1.8m Z1=0.7m Z2=2.0m Z3=0.9m Z4=2.5m，求表壓解：依據(jù)流體靜

5、力學方程，知：圖上所標等高面11，22，33上的壓力分別相等，則有：上面兩式對應相加，并整理得：3. 靜力學方程的應用壓力的測量測P-Pa1. 液封高度計算液封的目的就是防止氣體外瀉。4. 流體靜力學原理的其他應用例如，在鍋爐生產蒸汽的過程中，往往需要監(jiān)測鍋爐內的壓力，采用如右圖所示的裝置，為防止測壓管內的指示液噴出，往往需要測壓管有足夠的高度，這就在測壓的同時起到了液封的作用。例如，鍋爐內的最大壓強為2atm，求測壓管的最小高度。解：為保證鍋爐內壓力最大時，指示液不會噴出，需要使測壓管保證如圖所示的最小高度R。依流體靜力學方程，有：PARP流體靜力學原理的其他應用2.流體流向判斷兩容器直徑分

6、別為D=1000mm，d=400mm，容器1上方維持不變的真空度100mmHg，容器2為敞口容器。當閥門F關閉時，兩容器內水面高度分別為Z1=2.5m，Z2=1.5m。試問：1. 當閥門打開時，兩液面能否維持不變？2. 若不能維持原狀，重新達到平衡時，液面高度如何變化？DdFZ1Z212對于流動方向的判斷，應當屬于流體靜力學問題。對于這道題，首先假定閥門打開后，液位維持不變，根據(jù)容器1的壓力參數(shù)求解容器2的虛擬壓力參數(shù)。根據(jù)靜力學方程，有：而：顯然，假設不能成立，流體要有流動產生。從靜力學方程可以看出，要增加Z1-Z2的值，才能使p2趨進p2，即流體由2向1流動。DdFZ1Z212p1p2當達

7、到平衡時，根據(jù)流體靜力學方程，應當有：代入數(shù)據(jù)后，有：又根據(jù)質量守恒，有：流出2的流體質量流入1的流體質量列等式，有：聯(lián)立兩式，解得：三、伯努利方程 有效壓頭 位壓頭 動壓頭 靜壓頭 壓頭損失單位重量流體所具有的能量(J/N, m液柱)：單位質量流體所具有的能量(J/kg)：解題步驟1. 解決測壓及流動類問題的方法：測壓部分采用靜力學方程。流體流動部分采用伯努利方程求解。 2. 利用伯努利方程求解流動問題的步驟： 1). 首先畫出流體流動簡圖，標注已知量和所求量。 2). 沿流體流動方向，確定上游11截面和下游22截面。要求截面與流向垂直，截面間流體連續(xù)，截面上已知參數(shù)盡可能多。 3). 選擇

8、位能基準面。通常以位置較低的截面作為基準面。 4).從上游到下游列伯努利方程，能量單位要一致。 5). 求解。液體從高位槽流下，槽內液面恒定不變，管口和液面均為大氣壓。當液體在管中的流速為1m/s，損失能量為20J/kg，求液面離管口的高度？1122Z例題1解：如圖所示，沿流動方向取1-1、2-2截面(出口內側)，列伯努利方程，有：有：1122Z例題2 如圖所示，。所有管路直徑d=0.1m，輸送水流量V=84.82 m3/h。水在塔前段管內摩擦損失wf=10 J/kg，噴頭內壓強較塔內高0.02Mpa。水流入下水道的摩擦損失忽略不計，離心泵總效率 =65%。試求：泵輸入功率N=？離心泵輸入功率

9、的計算1m1m1m5m0.2m截面的選擇至關重要解題思路：其中，m為輸送流體的質量流率,可由輸水量求得；we為離心泵在單位時間內對單位質量流體做的功，需由伯努利方程求得。 為泵和電機的總效率、 已知。電機功率如圖示，選截面1-1 , 2-2 ,位能基準為地平面，表壓為準。列式塔內流體不連續(xù)，可分段處理。解：分析NNe ms 、we? 同時，塔內壓強 pA及速度u未知需列三個方程。1122 P2 (pA) 、u2未知據(jù)連續(xù)性方程 再選截面3-3、4-411223344，有u3=u40代入前面式得：we=91 J/kg單元測驗右圖所示，水由高位槽經管道從噴嘴流出，已知d1=125mm，d2=100mm，噴嘴d3=75mm，壓差計讀數(shù)為80mmHg，若忽略阻力損失，求H和pA(表壓)80mmd1d2d3pAH例題3如右圖所示管線，A點接一U型壓差計，指示液為水，管內流體密度為800kg/m3，當閥門全關時，讀數(shù)R1為300mm，閥門開啟后，讀數(shù)R2為100mm。若管內流體可視為理想流體，管內流速為多少？分析：1.靜力學分析： 未開閥門前，選擇5-5為基準面，可以用Z，R表示出P3；選擇1-1和3-3截面，也可以表示出P3； 開閥門后，選擇測壓計等壓面為基準面，用Z和R