化工基础知识 炼油厂操作工流体力学.ppt

技师职业技能鉴定 基础知识培训大纲 1.流体力学 1.1流体静力学性质及基本概念 1.2流体静力学基本方程 1.3流体静力学基本方程式的应用 1.4流体动力学性质及基本概念 1.5流体动力学基本方程 1.6流体的流动形态及流动阻力 第一节 基本概念 一、国际单位制及单位换算 1、国际单位制（si制） 长度 米 m 质量 千克 kg 时间 秒 s 温度 开尔文 k 力 牛顿 n 压强 帕斯卡 pa（n/m2） 热量 功 焦耳 j（nm） 能 功率 瓦特 w（j/s） 物质的量 摩尔 mol 2、工程单位制 温度： 力： kgf 1 kgf =9.81n 热量： kcal 1 kcal =4.187kj 3、单位换算举例 将 5g/cm3换算成kg/m3 510-3/10-6=5 103 kg/m3 20？k t=t+273.15=20+273.15=293.15k 二、流体的主要物理量 1.流体：液体和气体的总称叫流体 2.密度： 密度：单位体积流体所具有的质量 定义式：=m/v 单位：kg/m3 影响因素：温度、压力 液体密度只随温度而变 气体密度随温度和压力而变 温度升高，气体和液体的密度都 降低 密度的计算 液体密度的计算：m=v v= m/ 例：求293k、98%硫酸10t的体积为 多少m3？ 已知： 293k、98%硫酸 的密度为：1836kg/m3 解：m=10t=10103kg 则：v=m/=104 /1836=5.44 m3 气体密度的计算理想气体状态方程 pv=nrt n=m/m m分子量 kg/kmol （千摩尔质量） pv=m/m rt pm=m/v rt pm=rt =pm/rt kg/m3 pkpa vm3 mkg/kmol r8.314kj/ kmol k tk 求：甲烷在320k和0.5mpa时的 密度？（ ch4 ） 解： =pm/rt =0.5100016/（8.314320） =3 kg/m3 （3）相对密度（比重）d277t在一 定温度下，流体密度与4时水的密 度之比。 d=/水 即 =1000d 当温度升高时，液体、气体的密度都降低 如:100时饱和水密度为958 kg/m3，4时水 的密度为1000 kg/m3，则100时水的相对密度 为 ，比重为 。 （4）比容单位质量流体所占有的体积。v=1/ 0.958 0.958 3.压强（压力）流体垂直 作用于单位面积上的力， 也称为流体的静压力。 单位：mpa、 kpa、pa 压力的大小还可以用液柱高度表示 ： mmhg、mh2o 即：p=gh，若液体一定， g为常数 则：p可用液柱高h来表示 液体的压强等于该液柱作用于其 底部单位面积上的重力 为了便于计算，要记住压力单位换 算关系： 1atm =1.013105pa=760mmhg =10.33mh2o=1.033kgf/cm2 1mmhg= pa 1mh2o=9.8103pa 1kgf/cm2=9.81 104pa 133.3 1at=1kgf/cm2=9.807104n/m2=735.6mmhg=10mh2o 4. 表压、真空度、绝压的 概念及相互关系 绝压设备内的真实压力，或以 绝对零压为起点计算的压力。 表压压力表上的压力值，即设 备内流体真实压力与设备外 大气压之差。 真空度真空表上的度数，设备 内的压力比大气压低时采用。 绝对压力=大气压+表压 真空度=大气压-绝对压强 某容器真空表的读数为 60kpa,则容器内实际压力为（ ). 某容器压力表的读数为500kpa ，则容器内实际压力为（ ） 41.3kpa 601.3kpa 例： 某设备进出口压力表的读数分别为 20mmhg（真空度）和500mmhg（表压）， 求：两处的绝对压力差？ 分别用mmhg和pa表示 （520mmhg、69316pa） 在进行压强值换算与压强差的计算时，必须注意单位的一致性。 1.压力的单位及换算练习： 640mmhg=( )pa 8.5mh20=( )n/m2 2kgf/cm2=( )pa 8.53 104 8.34 104 19.62 104 2、某液体的相对密度为1.25，其密 度为（ ）。 1250 kg/m3 三、流体静力学基本方程 研究静止状态下流体受力的平衡规律 1、流体静力学基本方程 gz1+p1/= gz2+p2/ 结论：在静止的液体中，液体任 一点的压力与液体密度和 其深度有关。 静止的、连通的、同一种 液体在同一水平面上的压 力相等。 四、流量、流速、稳定流动的 连续性方程 1、流量 （1）体积流量：单位时间内流过 管路任一截面的流体的体积 用 qs和 qh表示，单位：m3/s,m3/h （2）质量流量:单位时间内流过管 路任一截面的流体的质量 用 ws和 wh表示，单位：kg/s,kg/h （3）二者关系: w=q 2、流速u单位时间内流体在流 动方向流过的距离 定义式：u=qs/a 单位：m/s 圆形管路： 管道中流速的分布规律： 常温常压下，液体流速：13 m/s 气体流速：1020 m/s 3、稳定流动的连续性方程 （1）稳定流动：流体在流动时 ，任一截面处的流速、流量和压 强等与流动有关的物理量，只随 位置而变，而不随时间而变，这 种流动称为稳定流动。 （2）稳定流动的连续性方程： 质量守衡定律 稳定流动的管路中，流体流 经各截面的质量流量相等 连续性方程：w1=w2 因为：w=q=ua 所以： u1a 11= u2a22 液体可视为不可压缩流体， 即： 1= 2 则： u1a 1= u2a2 对于圆形截面的管子， u1 、u2流速 d1 、d2管径 即：流速与管径的平方成反比 例1：水连续由粗管流入细管 作稳定流动，粗管的内径为80mm ，细管的内径为40mm，水在细管 内的流速为3m/s ,求：水在粗管内 的流速？ （0.75 m/s ） 例2：用内径50mm的管道来输送 98%的硫酸（293k），要求输送量 为12.97t/h，硫酸的密为1836kg/m3 ，试求该管道中硫酸的流量和速度 。 qs=ws/ =12.971000/36001836 =1.9610-3 m3 / s u=qs/a = 1.9610-3 /0.785（0.05）2 =1m/s 例3：某流体在内径为d 的管路中 作稳定流动，其平均流速为u，若 管径缩小一半，则流速将为原来 的多少倍？（4倍） 五、柏努利方程式 机械能衡算 1、流体流动的机械能 位能：流体在重力的作用下，因质量 中心高于某一基准面而具有的能量。 动能：由于流体有一定的流速而具有 的能量 静压能：由于流体有一定的压强而具 有的能量 2、柏努利方程式 输入管路总能量=输出管路总能量 外加能量; 损失能量 柏努利方程式： 以质量为基准： 以单位重量流体为基准将式中各项 除以g，则得: 如附图所示，高位槽水面保持稳定，水面距水 管出口为5m，所用管路为1084mm钢管，若管 路压头损失为4.5m，求该系统每小时的送水量。 解：取水槽液面为1-1截面，水管出 口为2-2截面，并以出口管中心线为 基准水平面，列出截面1-1和2-2间的 柏努利方程 已知h1=5m,h2=0 p1=p2=0(表压)， u1=0,he=0,hf=4.5m, 解得：u2=3.13m/s 六、流体阻力使静压力下降 1、流体的粘度:表示流体粘性大 小的物理量，是流体物理性质之一 。在相同情况下，粘度越大，阻力 越大，损失的能量越多。 产生流体阻力的原因：内摩擦力的 存在和流动状况。 粘度大的流体应选用较小的流速 2、粘度的单位 国际单位制：（pa.s) 影响因素：温度，压力的影响 可忽略。 液体的粘度随温度的升高而减小， 气体的粘度随温度升高而增大。 3、流体流动类型：层流(层流）和 湍流（紊流） 判据：雷诺数re re=du/ re2000 层流 re4000 湍流 层流 湍流 例：293k的水在内径50mm的管 中流动，已知其流速为2m/s，试 判断其流动类型。 解：已知d=0.05m,u=2m/s 293k时水的=998kg/m3 =1.00510-3 pa.s 则： re=du/ =0.052998/ 1.00510-3 4、流体阻力 直管阻力 流体阻力 管路阻力 局部阻力 、 5.流体阻力的计算 （1）直管阻力的计算 由于内摩擦而造成的压头损失。 h直=(l/d) (u2/2g) m l-直管的长度，m d-直管的内径，m u2/2g-流体的动压头， m -比例系数，称为摩擦系数 滞流时， 与re成直线关系， =64/ re 例：有一段长150m、内径38mm的塑 料管道，用来输送蒸馏水，设已知 流速为1m/s，水的密度996kg/m3,粘 度1mpa.s，试求这段管道的压头损 失和压强降。 解：已知l=150m,d=0.038m u= 1m/s,= 996kg/m3,= 1mpa.s re=du/=0.038*1*996/(1*10-3) =37848 =0.021 h直=(l/d) (u2/2g)=0.021*(150/0.038)* (1/2*9.81)=4.23m p= h直g=4.23*996*9.81=42kpa (2)局部阻力的计算 1.当量长度法 h局=(l当/d) (u2/2g) m 则： h损= (l/d) (u2/2g)+ (l当/d) (u2/2g) 例：某料液从高位槽流至反应器，已知 该溶液的相对密度为1.1，粘度为1mpa.s 采用内径106mm的钢管，直管全长20m ，管路上有一个全开的