化工基礎動量傳遞培訓課件

化工基礎動量傳遞2.1基本概念1、理想流體和實際流體理想流體：不具有粘性，因而在流動時不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。實際流體：具有粘性，因而在流動時產(chǎn)生摩擦阻力的流體。2、流體的密度定義：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)液體的密度:用比重計法測定.工程上液體的比重用[S]T277

表示,是無因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液體混合物的密度氣體的密度混合氣體的密度：方法1方法23、流體的連續(xù)性把流體看作是由無數(shù)微團（質(zhì)點）所組成的連續(xù)介質(zhì)，流體所占的空間全部為這種連續(xù)介質(zhì)所充滿。強調(diào)：1）在宏觀上，流體質(zhì)點是連續(xù)的；2）流體質(zhì)點的運動也是連續(xù)的。4、壓強1）定義：垂直作用于單位面積上的力。P=F/A；單位：Pa(N/m2)在流體力學中，常用液柱高度表示壓強P=液體的重量/液體的底面積

重力的作用而具有的能量．mgZ5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量1at=10mH2O=98100Pa=735.1atm=101325Pa=760mmHg=10.工程上液體的比重用[S]T277表示,是無因次量.流量:單位時間通過導管任一截面的流體量。強調(diào)：1）在宏觀上，流體質(zhì)點是連續(xù)的；單位面積上的內(nèi)摩擦力（也稱剪切力）垂直于流體運動方向的速度變化率3）管中的平均流速為最大流速2)防止氣體倒流起止逆作用;流動過程中的壓頭損失為4、伯努力方程應用舉例符號：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積強調(diào)：1）在宏觀上，流體質(zhì)點是連續(xù)的；設a-b間的體積為V，毛細管管徑為d，流體例7、如圖所示,20℃的水在內(nèi)徑為100mm的垂直光滑管中流動，當閘閥K關閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數(shù)差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.05kg/cm2,求(1)判斷水在管中的流動方向。l1=25m,8f1=0.2)單位1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程上1kgf·cm-2

定為1at

3)壓強的表示方法絕對壓強:用絕對零點為起點計算的壓強表壓:用當時當?shù)氐拇髿鈮簽槠瘘c的壓強真空度:低于當時當?shù)氐拇髿鈮航^對壓強=表壓+大氣壓真空度=大氣壓–絕對壓強請判斷下列壓強值的大小.(1)500000Pa（絕對壓強）;(2)40000kgf/m2（絕對壓強）;(3)1.5kgf/cm2（表壓）;(4)450mmHg（真空度）;(5)1.6mH2O（絕對壓強）答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa

(1)>(2)>(3)>(4)>(5)2.2流體靜力學方程液體本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力為:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A整理得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:稱為流體靜力學方程工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,單位為:m液柱。流體靜力學的意義：

在靜止的流體內(nèi)部，位壓頭和靜壓頭之和為常數(shù)結論：1）靜止流體內(nèi)部任一點的壓強是液面深度的函數(shù)；2）同一靜止流體，同一水平面上，各點壓強相等；3）當液面上方的壓強變化時，液面內(nèi)部各點的壓強都要變化。例1：如圖問1）1、2、3點的壓強相等嗎？2）4、5、6點的壓強相等嗎？3）當P0=760，計算B、C上方的壓強。2.3流體靜力學應用1、U型管壓差計指示液的要求：1）不與被測流體相容，且不起化學反應；2）指示液的密度>被測液的密度3)毒性小，揮發(fā)性小。測壓原理:2)液封作用:1)防止氣體的泄漏起封閉作用;2)防止氣體倒流起止逆作用;3)有時可防止設備超壓起泄壓作用.時壓縮空氣的表壓(管路中沒有外加功).P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2(2)計算A、截面之間的摩擦阻力損失。4流體流動過程中的物料衡算=ρgA(Z1-Z2)工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,關物理參數(shù)都不隨時間變化而變化，只隨3、穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動1at=10mH2O=98100Pa=735.2）流體的流速沿斷面按塞形(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復泵、往復1）流體質(zhì)點有劇烈的湍動；1）流體質(zhì)點有劇烈的湍動；（3）估算管內(nèi)水的體積流量。2）4、5、6點的壓強相等嗎？3）管中的平均流速為最大流速表壓:用當時當?shù)氐拇髿鈮簽槠瘘c的壓強度為293K,損失能量為10J/kg.出水管為,管道較長,5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量用基本單位表示的物理量稱為基本物理量，2.4流體流動過程中的物料衡算1、流量和流速流量:單位時間通過導管任一截面的流體量。體積流量(V)，單位：m3/s或m3/h質(zhì)量流量(m)，單位：kg/s或kg/h兩者的關系：流速：單位時間內(nèi)流體在導管內(nèi)所經(jīng)過的距離，單位：m/s,用表示．２、粘度流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性，衡量粘性大小的物理量稱為粘度?；蚺ｎD粘性定律單位面積上的內(nèi)摩擦力（也稱剪切力）垂直于流體運動方向的速度變化率粘度系數(shù)，簡稱粘度單位(SI)：CGS制:P(泊)對氣體：溫度、壓力、密度增加，粘度增加;對液體：溫度增加，粘度減??；壓力增加，粘度變化不大3、穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動溢流流體在管道或設備流量、流速和壓力等有關物理參數(shù)都不隨時間變化而變化，只隨空間位置的改變而變化，這種流動稱為穩(wěn)定流動。只要有一項是隨時間變化的，則稱為不穩(wěn)定流動。4流體流動過程中的物料衡算流動過程中的壓頭損失為C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積(2)40000kgf/m2（絕對壓強）;1）出口處的靜壓強大，會倒流回泵內(nèi)循環(huán)；泵的進口管為垂直于流體運動方向的速度變化率工程上液體的比重用[S]T277表示,是無因次量.真空度:低于當時當?shù)氐拇髿鈮涸诹黧w力學中，常用液柱高度表示壓強使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。2）葉輪本身的摩擦損耗，消耗一部分能量。H、Q、Ne與轉(zhuǎn)速（n）的關系5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量4流體流動過程中的物料衡算(4)450mmHg（真空度）;3）管中的平均流速為最大流速時壓縮空氣的表壓(管路中沒有外加功).C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積4、流體流動的類型層流的特點：1）流體質(zhì)點作一層滑過一層的位移；2）流體的流速沿斷面按拋物線

分布；3）管中的平均流速為最大流速的1/2。湍流的特點：1）流體質(zhì)點有劇烈的湍動；2）流體的流速沿斷面按塞形

分布；3）管中的平均流速為最大流速的0.8.5、雷諾數(shù)圓直管中，層流湍流管徑的計算1）長方形管：2）對圓環(huán)形管：3）對于圓形管：液的密度為1100kg/m3,設泵的效率為65%,試求吸收塔頂,經(jīng)噴嘴噴出,如圖.流體在管道或設備流量、流速和壓力等有2）指示液的密度>被測液的密度(1)>(2)>(3)>(4)>(5)工程上液體的比重用[S]T277表示,是無因次量.5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。的垂直距離為20m,堿液經(jīng)管系的摩擦阻力損失的總能量或總壓頭為一常數(shù)；啟動前，泵殼先充滿液體。垂直于流體運動方向的速度變化率流體在管道或設備流量、流速和壓力等有單位：m/s,用表示．公式中的P2為泵入口處的壓強，當P2≤當時實際流體：具有粘性，因而在流動時時，液面內(nèi)部各點的壓強都單位面積上的內(nèi)摩擦力（也稱剪切力）把流體看作是由無數(shù)微團（質(zhì)點）所組成的1）流體質(zhì)點有劇烈的湍動；6、流體穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程（物料衡算）液體：則2.5流體流動過程中的能量衡算1、流體流動時的能量形式位能：流體因距所選的基準面有一定距離，由于重力的作用而具有的能量．mgZ動能：流體因流動而具有的能量．

靜壓能：克服靜壓能所做的功＝２、理想流體流動過程中的能量衡算對1-1截面對2-2截面兩邊同除mg得：理想流體的伯努力方程３、伯努力方程的意義和適用范圍意義：1）理想流體在導管中作穩(wěn)定流動時，導管任一截面的總能量或總壓頭為一常數(shù)；2）機械能中各項可相互轉(zhuǎn)化。對實際流體，適用于液體、壓力變化比較小的氣體4、伯努力方程應用舉例例2高位水槽水面距出水管凈垂直距離為6.0m,出水管為,管道較長,流動過程中的壓頭損失為5.7mH2O,試求每小時可輸送的水量(m3).例3已知R=40mmH2O,如圖求空氣的流量.例4某化工廠用泵將堿液池的液堿輸送到至吸收塔頂,經(jīng)噴嘴噴出,如圖.泵的進口管為

mm的鋼管.堿在進口管中的流速為1.5m/s,進口管為的鋼管.儲液池中堿液深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴上方入口處的垂直距離為20m,堿液經(jīng)管系的摩擦阻力損失為30J/kg,堿液經(jīng)噴嘴的壓力為0.3at(表壓）,而堿液的密度為1100kg/m3,設泵的效率為65%,試求泵所需的功率.1）流體質(zhì)點有劇烈的湍動；5kgf/cm2（表壓）;4、伯努力方程應用舉例2)防止氣體倒流起止逆作用;顆粒自由沉降時：F1=F2+F3(1)>(2)>(3)>(4)>(5)P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ21）定義：垂直作用于單位面積上的力。把流體看作是由無數(shù)微團（質(zhì)點）所組成的在靜止的流體內(nèi)部，位壓頭和靜壓頭之和為常數(shù)2、球形顆粒在流體中運動時的阻力037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性，3）當液面上方的壓強變化3、離心泵的主要性能參數(shù)公式中的P2為泵入口處的壓強，當P2≤當時2）湍流時阻力系數(shù)的計算方法該式為烏氏粘度計的計算公式。使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。圖4圖5例5某車間用壓縮空氣輸送98%的濃硫酸.每批壓送量為0.5m3.要求15min內(nèi)押送完畢.押送用鋼管為,管子出口離酸槽液面上的垂直距離為16m,輸送過程硫酸的溫度為293K,損失能量為10J/kg.試求開始押送時壓縮空氣的表壓(管路中沒有外加功).例6、已知循環(huán)量為36m3/h，B→A之間的阻力為∑hf49J/kg，A→B之間的阻力為∑hf98.1J/kg,管徑相同求(1)若A處的壓強為0.25MPa時，B處的壓強為多少？（2）泵對流體所提供的能量。例7、如圖所示,20℃的水在內(nèi)徑為100mm的垂直光滑管中流動，當閘閥K關閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數(shù)差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.05kg/cm2,求(1)判斷水在管中的流動方向。(2)計算A、截面之間的摩擦阻力損失。（3）估算管內(nèi)水的體積流量。注意:1）水平基準面的選擇；2）截面的選擇；3）壓強的單位兩邊要統(tǒng)一。2.6流體流量的測定1、孔板流量計根據(jù)連續(xù)性方程（1）（2）（2）代入（1）且則令C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積2、轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子的凈重力流體的上推力平衡時2.7實際流體流動時的阻力1、流體阻力的表現(xiàn)2、阻力計算的通式連續(xù)穩(wěn)流時若令則該式為阻力通式，也稱Finning公式3、沿程阻力計算f稱為沿程阻力系數(shù)，8f稱為摩擦系數(shù)1）直管阻力計算穩(wěn)定流動時時，液面內(nèi)部各點的壓強都把流體看作是由無數(shù)微團（質(zhì)點）所組成的5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量流動過程中的壓頭損失為度為293K,損失能量為10J/kg.流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性，1）流體質(zhì)點作一層滑過一層工程上將單位重量的流體所具有的能量稱做壓頭,該式為烏氏粘度計的計算公式。時壓縮空氣的表壓(管路中沒有外加功).1at=10mH2O=98100Pa=735.C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積的總能量或總壓頭為一常數(shù)；產(chǎn)生很大的沖擊力，加速葉輪的損壞，降低(3)其它類型的泵，如噴射泵。2）機械能中各項可相互轉(zhuǎn)化。公式中的P2為泵入口處的壓強，當P2≤當時2）湍流時阻力系數(shù)的計算方法強調(diào)：1）在宏觀上，流體質(zhì)點是連續(xù)的；旋轉(zhuǎn)獲得靜壓能和動能。1）出口處的靜壓強大，會倒流回泵內(nèi)循環(huán)；與通式比較可知層流時2）湍流時阻力系數(shù)的計算方法用基本單位表示的物理量稱為基本物理量，它的表達式稱為因次式，物理量中的各個指數(shù)稱為因子。壓強的因次式：（A）(4)450mmHg（真空度）;要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,3、離心泵的主要性能參數(shù)[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000進入葉輪壓強較高的區(qū)域后，即押送用鋼管為,管子出口離酸槽液流動過程中的壓頭損失為的壓強是液面深度的函數(shù)；徑相同求(1)若A處的壓強為0.公式中的P2為泵入口處的壓強，當P2≤當時H2為泵入口處的真空高度，1g·cm-3=1000kg·m-3被壓縮、破裂，并突然凝結，周圍的液體便顆粒自由沉降時：F1=F2+F3C0孔流系數(shù)，A0開孔的面積例7、如圖所示,20℃的水在內(nèi)徑為100mm的垂直光滑管中流動，當閘閥K關閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數(shù)差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.1at=10mH2O=98100Pa=735.單位時間內(nèi)流體在導管內(nèi)所經(jīng)過的距離，1at=10mH2O=98100Pa=735.例7、如圖所示,20℃的水在內(nèi)徑為100mm的垂直光滑管中流動，當閘閥K關閉時，A、B兩截面處壓力表的讀數(shù)差為2kg/cm2，若閘閥K打開時，A處的壓力比截面B處的壓力高2.5、離心泵的吸入高度和氣蝕余量（1）（2）（3）從（1）、（2）、（3）得代入（A）式（B）（C）B與C比較得光滑管：1）層流：2）過渡流：3）湍流區(qū)：4）阻力平方區(qū)：f與雷諾數(shù)無關3）局部阻力計算（1）阻力系數(shù)法（2）當量長度法例7如圖從水箱接出一管路。若已知d1=150mm,l1=25m,8f1=0.037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.039,閘閥的開度為1/2，水箱內(nèi)的水面維持不變，需要輸入的水量為25l/s，求(1)直管的摩擦損失,(2)局部阻力損失,(3)總的壓頭損失.2.8阻力計算的應用1、烏氏粘度計的原理設a-b間的體積為V，毛細管管徑為d，流體完全流過毛細管的時間為t，則流速為(1)(2)(3)(4)(4)代入（3）得該式為烏氏粘度計的計算公式。或2、球形顆粒在流體中運動時的阻力在流體繞過顆粒前后的能量守恒定律為：形狀阻力系數(shù)為因此液體繞過顆粒前后產(chǎn)生的壓差為：3、形狀阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關系流體繞過顆粒時：4、顆粒重力沉降時的受力分析(1)顆粒自由沉降時：F1=F2+F3(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式2.9流體的輸送機械輸送液體的機械稱為泵,輸送氣體的機械稱為鼓風機或壓縮機.按工作原理分類:(1)利用齒輪、活塞、螺桿擠壓流體，如往復泵、往復壓縮機、齒輪泵等。(2)利用高速轉(zhuǎn)動的葉輪給流體動能,如離心泵、