第一章流體流動1

化工原理主講人:姜美英2/2/20231化工原理緒論課程內(nèi)容流體流動第一章液體輸送機械—離心泵第二章傳熱第三章精餾第四章吸收第五章2/2/20232化工原理緒論化工過程與單元操作單元操作的特點單元操作的分類單元操作常用基本概念緒論2/2/20233化工原理緒論化工過程與單元操作原料前處理化學(xué)加工后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)、改變溫度、壓力等物理變化過程生成新的物質(zhì)，化學(xué)變化過程精制、分離達必要的純度，物理變化過程化學(xué)反應(yīng)過程—特性—化工單元過程化工生產(chǎn)過程物理過程—共性—化工單元操作2/2/20234化工原理緒論化工生產(chǎn)中共有的操作;物理性操作：只改變物料狀態(tài)和物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)變。同一操作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其作用相同、設(shè)備相似

化工單元操作：化工生產(chǎn)中普遍采用的、遵循共同的物理定律、所用設(shè)備相似、作用相同的那些基本操作。什么叫化工單元操作?單元操作三大特點：2/2/20235化工原理緒論按操作的理論基礎(chǔ)劃分以動量傳遞為基礎(chǔ)：流體輸送、攪拌、沉降、過濾，離心分離以熱量傳遞理論為基礎(chǔ)：加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝以質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)：蒸餾、吸收、吸附、萃取

熱、質(zhì)同時傳遞：干燥、結(jié)晶、增濕、減濕

單元操作分類2/2/20236化工原理緒論問題：你車間有哪些化工單元操作？請說出五種以上？其作用是什么？單元操作作用所用設(shè)備流體輸送輸送泵、壓縮機等傳熱改變溫度和相態(tài)換熱器吸收氣體分離吸收塔蒸發(fā)提濃蒸發(fā)器蒸餾液體分離蒸餾塔干燥除濕干燥塔2/2/20237化工原理緒論1、物料衡算：2、能量衡算：3、平衡關(guān)系：4、傳遞速率

單元操作常用基本概念輸入物料量=輸出物料量+物料損失輸入能量=輸出能量+能量損失判斷過程的方向和極限2/2/20238化工原理緒論第一節(jié)：流體靜力學(xué)第二節(jié)：流體動力學(xué)第三節(jié)：流體在管內(nèi)流動阻力第一章：流體流動2/2/20239化工原理緒論第一節(jié)流體靜力學(xué)一、流體的密度、相對密度和比容二、流體靜壓強三、靜力學(xué)方程式四、靜力學(xué)方程式的應(yīng)用2/2/202310化工原理緒論一.密度、相對密度和比容1、密度：單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度。第一節(jié)：流體靜力學(xué)常溫下水的密度：1000水銀的密度：1360098%硫酸的密度：1836kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3

定義式：影響因素：溫度：T↑，ρ↓壓力：P↑，ρ↑（注意對液體忽略）常壓下水的密度4℃時:100020℃時:998.2100℃時:958.4kg/m3kg/m3kg/m32/2/202311化工原理緒論3、比容：單位質(zhì)量流體具有的體積，稱為比容，是密度的倒數(shù)。m3/kg2、相對密度：在一定條件下，某種流體的密度與在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和4℃的純水的密度之比，稱為相對密度，又稱比重，用符號d表示。注意:三者關(guān)系：2/2/202312化工原理緒論1.從手冊中查得293k乙醇的相對密度為0.789，則其密度為

，500kg乙醇的體積為

。例(789kg/m3,0.634m3

)2/2/202313化工原理緒論

混合液體（m）假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有——液體混合物中各組分的質(zhì)量分數(shù)。氣體當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態(tài)方程計算：2/2/202314化工原理緒論式中p——氣體的壓力，kPa；T——氣體的絕對溫度，K；M——氣體的分子量，kg/kmol（千摩爾質(zhì)量）R——通用氣體常數(shù)，8.314kJ/kmol·K。(1-3)氣體密度也可按下式計算(1-4)

上式中的ρ0＝M/22.4kg/m3為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（即T0=273K及p0=1atm）下氣體的密度。2/2/202315化工原理緒論——混合氣體的平均摩爾質(zhì)量——氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。

混合氣體（m）各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有——氣體混合物中各組分的體積分數(shù)?；?/2/202316化工原理緒論壓力:流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強，習(xí)慣上又稱為壓力。

1.定義式:

N/m2或Pa；第一節(jié)：流體靜力學(xué)2.壓力的單位⑴由定義導(dǎo)出:N/m2,kgf/m2⑵用在氣壓表示:物理大氣壓(atm),工程大氣壓(at)⑶用液柱高度表示:mH2OmmHg二、流體靜壓強2/2/202317化工原理緒論1atm=1.013×105Pa=1.033kgf/m2=760mmHg=10.33mH2O1at=98.1kPa=1kgf/m2=735.6mmHg=10mH2O壓強的單位換算關(guān)系:P178附表72/2/202318化工原理緒論2.壓力的表示方法

以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力稱絕對壓力:反應(yīng)真實壓力三者關(guān)系:表壓=絕對壓力－大氣壓力真空度=大氣壓力－絕對壓力=-表壓兩種基準(zhǔn)絕對零壓以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓低的部分稱真空度大氣壓強以大氣壓為基準(zhǔn)比大氣壓高的部分稱表壓。反應(yīng)相對壓力2/2/202319化工原理緒論絕對壓力

絕對壓力

絕對真空

表壓

真空度

大氣壓

絕對壓力=大氣壓力+表壓絕對壓力=大氣壓力－真空度P真空度越大，絕對壓強越小2/2/202320化工原理緒論流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；作用于任意點不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。3.靜壓力的特性2/2/202321化工原理緒論注意幾點:1、壓力表的讀數(shù)為表壓強，真空表的讀數(shù)為真空度。2、標(biāo)注壓強時，表壓和真空度必須注明，絕對壓強可不標(biāo)注。如P=100Pa（表壓）、P=100Pa（真空度）3、大氣壓強必須以當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭姙闇?zhǔn)2/2/202322化工原理緒論2/2/202323化工原理緒論例:PP1、如果當(dāng)?shù)卮髿鈮簭娨?00kPa計，要求塔頂操作壓強控制為5kPa（絕對），則塔頂應(yīng)裝真空表還是壓力表？表上讀數(shù)為多少？2、如果塔底壓力表的讀數(shù)為80kPa，問塔頂和塔底兩處的絕對壓強之差為多少？真空度=大氣壓-絕對壓強

=100-5=95kPa絕對壓力=大氣壓力+表壓=100+80=180kPa兩處的絕對壓強之差=180-5=175kPa2/2/202324化工原理緒論例:在蘭州操作的某精餾塔頂?shù)恼婵斩葹?2KPa，問在天津操作時，如果要維持相同的絕對壓強，真空表的讀數(shù)應(yīng)為多少？(蘭州地區(qū)的大氣壓強為85.33KPa，天津地區(qū)的大氣壓強為101.33KPa。)P蘭州，絕對=85.33-82=3.33KPa=P蘭州，絕對P天津，絕對=P蘭州，絕對P天津，真空度=P天津，大氣壓-P天津，絕對

=101.33-3.33=98KPa2/2/202325化工原理緒論在垂直方向上作用于液柱的力有：下底面所受之向上總壓力為p2A；上底面所受之向下總壓力為p1A；整個液柱之重力G＝ρgA(Z1-Z2)。

現(xiàn)從靜止液體中任意劃出一垂直液柱，如圖所示。液柱的橫截面積為A，液體密度為ρ，若以容器器底為基準(zhǔn)水平面，則液柱的上、下底面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為Z1和Z2，以p1與p2分別表示高度為Z1及Z2處的壓力。

p0p1p2Gz2z11、方程的推導(dǎo)三、流體靜力學(xué)方程式2/2/202326化工原理緒論上兩式即為液體靜力學(xué)基本方程式.p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)（1-10）p2＝p0＋ρgh

如果將液柱的上底面取在液面上，設(shè)液面上方的壓力為p0，液柱Z1-Z2＝h，則上式可改寫為在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即：p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0（1-11）2/2/202327化工原理緒論2、靜止流體內(nèi)部壓強的變化規(guī)律：

1）當(dāng)液面上方的壓力一定時，在靜止液體內(nèi)任一點壓力的大小，與液體本身的密度和該點距液面的深度有關(guān)。與容器形狀無關(guān)。3）當(dāng)液面的上方壓力p0有變化時，必將引起液體內(nèi)部各點壓力發(fā)生同樣大小的變化。p2＝p0＋ρgh可改寫為

由上式可知，壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示。

2）因此，在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點的壓力都相等。此壓力相等的水平面，稱為等壓面。2/2/202328化工原理緒論小結(jié)統(tǒng)稱靜力學(xué)基本方程

J/kgPamP0P1P2Z1Z2h2/2/202329化工原理緒論1、某塔高30m,現(xiàn)進行水壓試驗時，離塔底10m高處的壓強計讀數(shù)為500KPa,如圖所示。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙?00KPa.求塔底和塔頂處水的壓強。例30m10m解：距塔底10m高處水的絕對壓強P=P表+P大=500+100=600KPa已知：h1=10m，h2=30m，則P底=600+1000×9.81×10×10-3=698KPa=600-1000×9.81×（30-10）×10-3=404KPa2/2/202330化工原理緒論3、靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用（一）壓力測量

測量壓強的儀表很多，現(xiàn)僅介紹以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)的測壓儀器---液柱壓差計。液柱壓差計可測量流體中某點的壓力，亦可測量兩點之間的壓力差。常見的液柱壓差計有以下幾種：2/2/202331化工原理緒論普通U型管壓差計倒U型管壓差計傾斜U型管壓差計微差壓差計

常見液柱壓差計

2/2/202332化工原理緒論1.U形管液柱壓差計

設(shè)指示液的密度為被測流體的密度為A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’2/2/202333化工原理緒論所以整理得若被測流體是氣體，，則有p1p2mRAA’2/2/202334化工原理緒論討論：①U形管壓差計可測系統(tǒng)內(nèi)兩點的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度。p1paR表壓p1paR真空度P14例1-5，1-62/2/202335化工原理緒論②指示液的選取：指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；其密度要大于被測流體密度。根據(jù)⊿P一定時，R與成反比，R↑，↓應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。

注意：用U管壓強計測壓強時，所測壓強只有指示劑讀數(shù)、流體密度、指示劑密度有關(guān)，與U管的長短、粗細和連接方式無關(guān)2/2/202336化工原理緒論若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數(shù)R反映了什么？p1p2z2RAA’z1思考：2/2/202337化工原理緒論

gRpp)(021-=-rr或可見R反映的是勢能差。只有當(dāng)管子水平時，才有2/2/202338化工原理緒論2.倒U形管壓差計

指示劑為被測流體。適用范圍：用于測量液體的壓差，指示劑密度

0小于被測液體密度

若>>0（1-7a）（Up-sidedownmanometer）2/2/202339化工原理緒論3.斜管壓差計

適用于壓差較小的情況。值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)越大。

2/2/202340化工原理緒論4.微差壓差計

有微壓差p存在時，盡管兩擴大室液面高差很小以致可忽略不計，但U型管內(nèi)卻可得到一個較大的R讀數(shù)。適用于壓差較小的場合密度接近但不互溶的兩種指示液A和C；擴大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10。對一定的壓差p，R值的大小與所用的指示劑密度有關(guān)，密度差越小，R值就越大，讀數(shù)精度也越高。2/2/202341化工原理緒論2/2/202342化工原理緒論（二）液位測量

1.近距離液位測量裝置

壓差計讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。

液面越高，h越小，壓差計讀數(shù)R越??；當(dāng)液面達到最高時，h為零，R亦為零。2/2/202343化工原理緒論2.遠距離液位測量裝置

管道中充滿氮氣，其密度較小，近似認為

而所以

ABP17例1-72/2/202344化工原理緒論2/2/202345化工原理緒論（三）

液封高度的計算

確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體從液封管排出；防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。2.液封高度：1.液封作用：P17例1-82/2/202346化工原理緒論2/2/202347化工原理緒論某廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓強不超過10.7×108Pa（表），需在爐外裝有安全液封裝置，某作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強超過規(guī)定值時，氣體就從液封管2中排出，試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度h。例:h解：以液封管口為基準(zhǔn)水平面0－0’,并取a、b兩點，如圖所示。則pa=pb=P所以：p=p0+ghh=p/g=1.09mp0Pabp0=0（表壓）2/2/202348化工原理緒論第二節(jié)流體動力學(xué)一、流量與流速二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動三、穩(wěn)定流動時的物料衡算——連續(xù)性方程四、穩(wěn)定流動時的能量衡算——伯努利方程五、伯努利方程的應(yīng)用研究流體流動時的基本規(guī)律2/2/202349化工原理緒論2)質(zhì)量流量:單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以qm表示，其單位為kg/s或者kg/h。1）體積流量:單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為體積流量，以qV表示，其單位為m3/s。qV,m3/h一、流量與流速1、流量體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：qm=ρqv

（1-14）單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體的量，稱為流量，以V表示，其單位為m3/s。2/2/202350化工原理緒論實驗證明，流體在管道內(nèi)流動時，由于流體具有粘性，管道橫截面上流體質(zhì)點速度是沿半徑變化的。管道中心流速最大，愈靠管壁速度愈小，在緊靠管壁處，由于液體質(zhì)點粘附在管壁上，其速度等于零。流速：單位時間內(nèi)流體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)的距離。一般是指平均流速。用u表示,單位為m/s2、流速2/2/202351化工原理緒論流速與流量的關(guān)系：

流量與流速關(guān)系為：式中A——管道的截面積，m2圓形管道：2/2/202352化工原理緒論單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。它與流速及流量的關(guān)系為：

G＝qm/A=ρAu/A=ρu

（1-17）由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)，顯然，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時，氣體的體積流量與其相應(yīng)的流速也將之改變，但其質(zhì)量流量不變。此時，采用質(zhì)量流速比較方便。

3、質(zhì)量流速2/2/202353化工原理緒論對于圓形管道：流量qV一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。流速選擇：4.管徑的估算↑→d↓→設(shè)備費用↓流動阻力↑→動力消耗↑

→操作費↑均衡考慮uu適宜費用總費用設(shè)備費操作費2/2/202354化工原理緒論例1-7某廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，試選擇合適的管徑。解：依式（1-18）管內(nèi)徑為選取水在管內(nèi)的流速u＝1.8m/s(自來水1-1.5,水及低粘度液體1.5-3.0)2/2/202355化工原理緒論思考?在流量一定的情況下,管徑是否越小越好?2/2/202356化工原理緒論二、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動穩(wěn)態(tài)流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化；

不穩(wěn)態(tài)流動：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時間變化。穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動2/2/202357化工原理緒論說明：穩(wěn)定流動中，流速、壓強等有關(guān)物理參數(shù)只隨空間位置而變，而與時間無關(guān)。而不穩(wěn)定流動中，流速、壓強等物理參數(shù)除與空間位置有關(guān)外，還與時間有關(guān)。在正常情況下，連續(xù)生產(chǎn)過程中的流體流動多屬于穩(wěn)定流動。本著重討論穩(wěn)定流動問題。2/2/202358化工原理緒論三、連續(xù)性方程式如圖所示：對于穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情況下：輸入物料量=輸出物料量推廣至任意截面

——連續(xù)性方程式11221、流體連續(xù)性的假設(shè)：1)連續(xù)不間斷;1)充滿整個管道

2、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算-連續(xù)性方程2/2/202359化工原理緒論1、如果流體液體，2、如果是圓形管道：結(jié)論二：流速與管內(nèi)徑的平方成反比。討論：結(jié)論一：流速與管道截面積成反比注意：流速的變化規(guī)律與管路情況無關(guān)2/2/202360化工原理緒論四、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量衡算--伯努利方程式（一）流體在流動過程中的能量分析1、本身具有的機械能能量2、從外界獲得的能量3、流動過程中損失的能量以每Kg為基準(zhǔn)外加功：每kg流體從外界獲得的能量用We表示能量損失：每kg流體在流動過程中損失的能量用∑hf表示2/2/202361化工原理緒論220011z2z1Z1、Z2:分別表示1-1和2-2截面與基準(zhǔn)面的垂直距離u1、u2:分別表示流體在1-1和2-2截面處的流速P1、P2:分別表示流體在1-1和2-2截面處的壓強2/2/202362化工原理緒論衡算基準(zhǔn)1-1截面2-2截面位能動能靜壓能位能動能靜壓能外加功能量損失1kg(J/kg)1N(m)各種能量的表達式：輸入系統(tǒng)的能量能量損失輸出系統(tǒng)的能量能量衡算式：=+2/2/202363化工原理緒論（二）穩(wěn)定系統(tǒng)中的能量衡算輸入能量=輸出能量+能量損失以每kg為基準(zhǔn)單位J/kg（1）——單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；——單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg；——單位質(zhì)量流體所具有的動能，J/kg。各項意義：2/2/202364化工原理緒論將(1)式各項同除重力加速度g:式中各項單位為z——位壓頭——動壓頭——靜壓頭總壓頭壓頭：單位重量流體所具有的能量。單位是m2/2/202365化工原理緒論其中He——外加壓頭或有效壓頭，m;Σhf——壓頭損失，m。以每N重流體為衡算基準(zhǔn)以每kg重流體為衡算基準(zhǔn)2/2/202366化工原理緒論（三）伯努利方程的討論

1、如沒有能量損失（稱理想流體）且沒有外加功則：表明理想流體的機械能守恒，流體流動的過程各種能量可以相互轉(zhuǎn)化，流體流動的過程也就是能量轉(zhuǎn)化的過程。2/2/202367化工原理緒論思考1122112

2如圖所示問流動過程中動能、位能、靜壓能如何變化？動能：變小

位能：不變

靜壓能：靜壓能增大動能：不變

位能：減小

靜壓能：靜壓能增大2/2/202368化工原理緒論2、實際流體，如果沒有外加能量，其自發(fā)流動的方向只能從高能量處向低能量處流動，反之必須輸入外加能量泵的有效功率Ne：軸功率：2/2/202369化工原理緒論3、若流體處于靜止，u=0，Σhf=0，W=0，則柏努利方程變?yōu)檎f明柏努利方程即表示流體的運動規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律。2/2/202370化工原理緒論4、伯努利方程式適用于不可壓縮性流體。對于可壓縮性流體，當(dāng)時，仍可用該方程計算，但式中的密度ρ應(yīng)以兩截面的平均密度ρm代替。2/2/202371化工原理緒論五、伯努利方程的應(yīng)用管內(nèi)流體的流量；輸送設(shè)備的功率；管路中流體的壓力；容器間的相對位置等。利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：2/2/202372化工原理緒論（1）根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動方向，定出上、下游截面，明確流動系統(tǒng)的衡算范圍；1、應(yīng)用注意事項（2）選取截面—目的是確定衡算范圍原則：1、與流體的流動方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動；2、一律以上游為1-1截面，下游為2-2截面；3、截面宜選在已知量多、計算方便處。2/2/202373化工原理緒論（4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。（3）選取基準(zhǔn)面——確定Z值1、必須與地面平行；2、宜于選取兩截面中位置較低的截面；3、若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。2/2/202374化工原理緒論2、伯努利方程式在生產(chǎn)中的應(yīng)用1)確定容器間的相對位置2）計算流量、流速3）求泵的有效功率4）計算用壓縮氣體壓送液體時氣體的壓強2/2/202375化工原理緒論1、如圖所示，水槽液面至出水管口的垂直距離保持6.2m，水管為Φ114×4mm的鋼管，能量損失為58.8J/kg。求水的體積流量。例解:取

為1-2截面取

為2-2截面取

為基準(zhǔn)水平面在1-1和2-2截面間列式:11226.2m水管出口處水槽液面水管出口中心線所在的水平面2/2/202376化工原理緒論式中：Z1=6.2m，Z2=0；u1=0；P1=P2=0(表壓)；Σhf=58.8J/kg代入上式：解得u2=2.01m/sqv=u2A2=2.01×=0.0177m3/s=63.9m3/h2/2/202377化工原理緒論2、有一個二氧化碳水洗塔的供水系統(tǒng)（如圖所示），水洗塔內(nèi)絕對壓強為2100KPa，貯槽水面絕對壓強為300kPa，塔內(nèi)水管與噴頭連接處高于貯槽水面20m，管路為φ57×2.5mm鋼管，送水量為15m3/h，塔內(nèi)水管與噴頭連接處的絕對壓強為2250KPa，設(shè)能量損失為49J/Kg，求水泵的有效功率。解：取水槽水面為1-1截面，取塔內(nèi)水管與噴頭連接處為2-2截面，基準(zhǔn)面與1-1截面重合，2/2/202378化工原理緒論式中：z1=0，z2=20m；P1=300KPa=3×105Pa，P2=2250KPa=2.25×106Pa，ρ=1000kg/m3；u1=0,u2=m/sΣhf=49J/Kg

將以上數(shù)值代入伯努利方程式中：在1-1，和2-2，截面間列伯努利方程式：2/2/202379化工原理緒論解得：We=2197J/KgNe=Weqm=We×qv×ρ=2197××1000=9154W=9.15KW2/2/202380化工原理緒論第三節(jié)流體在管內(nèi)的流動阻力1、阻力的表示法：(1):單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).(2):單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).(3):單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失(J/m3=Pa).一、流體阻力的來源2/2/202381化工原理緒論注意：壓力損失是流體流動能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差意義不同，只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時，二者才相等。2/2/202382化工原理緒論2、流體阻力的表現(xiàn)

如圖所示實驗hh1h2第一步：關(guān)閉閥門現(xiàn)象：h=h1=h21

●2

●根據(jù)：∵h1=h2∴P1=P2根據(jù)伯努利方程式結(jié)論一：靜止流體沒有阻力=02/2/202383化工原理緒論2、流體阻力的表現(xiàn)

如圖所示實驗hh1h2第二步：打開閥門現(xiàn)象：h>h1>h21

●2

●根據(jù)：∵h1>h2∴P1>P2根據(jù)伯努利方程式結(jié)論二：只要流動就有阻力>02/2/202384化工原理緒論2、流體阻力的表現(xiàn)

如圖所示實驗hh1h2第三步：開大閥門，流速增大1

●2

●現(xiàn)象：h1-h2↑根據(jù)伯努利方程式結(jié)論三：流速越大，阻力越大流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。

說明∴P1-P2↑2/2/202385化工原理緒論3、流體阻力的來源

液體對固體壁面有附著力液體之間有吸引力液體分層運動層與層之間的作用力稱內(nèi)摩擦力1）內(nèi)摩擦力：2）產(chǎn)生阻力的原因？1、內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生阻力的根本原因。也稱第一位原因（內(nèi)因）2、流動狀態(tài)是產(chǎn)生流動阻力的第二位原因。3、管路情況對阻力大小也有影響.(外因)2/2/202386化工原理緒論二、流體的粘度（動力粘度）

1.粘性：流體具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱粘性.2、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符號表示。

越大，表明流體的流動性越差，在相同的流動情況下，流動阻力越大3.粘度的單位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）換算關(guān)系1cP＝10-3Pa·s2/2/202387化工原理緒論4.運動粘度粘度μ與密度ρ之比。m2/s5、影響粘度的因素：溫度和壓強(極小,一般可忽略)液體:T↑→↓氣體:一般T↑→↑超高壓p↑→↑2/2/202388化工原理緒論三、流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)1、流體的流動類型（兩種）雷諾實驗2/2/202389化工原理緒論A圖：流速小時，有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明，水的質(zhì)點在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運動，各層之間沒有質(zhì)點的遷移。B圖：當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時，有色細流便出現(xiàn)波動而成波浪形細線，并且不規(guī)則地波動；C圖：速度再增，細線的波動加劇，整個玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然，此時流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。

2/2/202390化工原理緒論層流（或滯流）：流體質(zhì)點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點無徑向脈動，質(zhì)點之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點互相碰撞和混合。影響流型的因素：管徑（d)m流速（u)m/s密度粘度越大越勢于湍流越小越勢于湍流2/2/202391化工原理緒論2、雷諾準(zhǔn)數(shù)

單位為1的數(shù)群稱準(zhǔn)數(shù)

這數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾準(zhǔn)數(shù)用Re表示。3、流型判據(jù)：Re≤2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000<Re<4000

時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2/2/202392化工原理緒論Re的物理意義

Re反映了流體流動中的湍動程度。Re值越大，湍動程度越大，流動阻力越大

4、湍流時的速度分布

湍流時u=0.8umax滯流時u=0.5umax2/2/202393化工原理緒論5、層流內(nèi)層湍流流動時沿徑向分為三層：湍流主體、過渡層、層流內(nèi)層緊靠管壁處作層流流動的流體層2/2/202394化工原理緒論四流體流動阻力的計算直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；用h直表示局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。用h局表示

1、管路中阻力的分類（兩類）2、阻力計算總阻力=直管阻力+局部阻力2/2/202395化工原理緒論2、阻力計算1）直管阻力J/kg式中：l—管長md—管徑mu—流速m/s

為阻力系數(shù)，——直管阻力通式（范寧公式）

2/2/202396化工原理緒論壓頭損失m壓力損失Pa2/2/202397化工原理緒論滯流區(qū)光滑管過渡區(qū)湍流區(qū)完全湍流，粗糙管2/2/202398化工原理緒論上圖可以分成4個不同區(qū)域。層流區(qū)：Re2000，=64/Re，與/d無關(guān)。過渡區(qū)：2000<Re<4000與Re和/d有關(guān)。湍流區(qū)：Re4000,與Re和/d有關(guān)。與Re和/d有關(guān)。完全湍流區(qū)(阻力平方區(qū))：與Re無關(guān)，僅與/d有關(guān)。Re越大,越小2/2/202399化工原理緒論2)局部阻力（1）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

或

ζ——局部阻力系數(shù)

J/kgJ/N=mP36表1-32/2/2023100化工原理緒論（二）當(dāng)量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力。le——

管件或閥門的當(dāng)量長度，m。P37表1-42/2/2023101化工原理緒論3、流體在管路中的總阻力減少流動阻力的途徑：管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等；管徑適當(dāng)大些。2/2/2023102化工原理緒論（三）阻力對管內(nèi)流動的影響pApBpaF1122AB閥門F開度減小時：（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù)↑

→

hf,A-B

↑→流速u↓→即流量↓；

2/2/2023103化工原理緒論（2）在1-A之間，由于流速u↓→hf,1-A

↓

→pA↑；

（3）在B-2之間，由于流速u↓→hf,B-2

↓

→pB↓。

結(jié)論：（1）當(dāng)閥門關(guān)小時，其局部阻力增大，將使管路中流量下降；（2）下游阻力的增大使上游壓力上升；（3）上游阻力的增大使下游壓力下降?？梢?，管路中任一處的變化，必將帶來總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。2/2/2023104化工原理緒論2、某廠有一精餾塔，要求塔頂壓強保持在5kPa，假定當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙?00kPa，則塔頂真空表的讀數(shù)應(yīng)該控制在

。(95kPa)3、影響流體密度的因素有

和

，但

對液體密度的影響很小。(壓強、溫度、壓強

)4、在沒有外加能量的情況下，流體的流動方向總是從

自動地向

處流動，反之，必須

。(高壓頭處、低壓頭處、提供外加能量

)5、有一臺離心泵，其吸入管上真空表的讀數(shù)為80KPa，壓出管上壓力表的讀數(shù)為45KPa,則兩處的絕對壓強之差為

。(125kPa

)6、液體的流動性隨溫度的升高而

，氣體的流動性隨溫度的升高而

。(增加減小

)2/2/2023105化工原理緒論7、相對密度為1.84的硫酸在5m深處的表壓強為

。(9.03×104Pa

)8、液體在圓形管道中作穩(wěn)定流動時，若管道截面積增大一倍，其流速將

。(減小一倍

)9、流體在等徑傾斜管