《化工原理》PPT课件.ppt

第二节 流体动力学 引言,1-2-1 流体的流量与流速,1-2-2 定态流动与非定态流动,1-2-3 定态流动系统的质量守恒连续性方程,1-2-4 定态流动系统的机械能守恒柏努利方程,书面作业：,P80（13）（14）,化工生产中的流体绝大多数在密闭的管道或设备中流动，本节主要讨论流体在管内流动的规律，即讨论流体在流动过程中，流体所具有的位能、静压能和动能是如何变化的规律。从而为解决流体流动这一单元操作中出现的工程问题打下基础。 流体流动应服从一般的守恒原理：质量守恒和能量守恒。从这些守恒原理可得到反映流体流动规律的基本方程式 连续性方程式（质量守恒） 柏努利方程式（能量守恒） 这是两个非常重要的方程式，请大家注意。,返回,1-2-1 流体的流量与流速 一、流量,1、体积流量VS ：,单位时间内流经管道任意截面的流体体积， m3/s或m3/h。,2 、质量流量mS ：,单位时间内流经管道任意截面的流体质量， kg/s或kg/h。,2、质量流速G ：,1、平均流速u ：,单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，kg/（m2s）。,单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，m/ s。,二、流速,三、相互关系：,mS=GA=d2G/4 VS=uA=d2u/4 mS=VS G=u,四、管径的估算,一般管路的截面均为圆形，若以d表示管路内径，则 VS=uA=d2u/4于是,所以流体输送管路的直径可根据流量及流速进行计算。 实际管路选择：因为d正比于u-1/2 ，所以选择的u越小，则d越大，那么对于相同的流量，所用的材料就越多，所以材料费、检修费等基建费也会相应增加。相反，选择的u越大，则d就越小，材料费等费用会减少，但由于流体在管路中流动的阻力与u 成正比，所以阻力损失会增大，即操作费用就会增加。所以应综合考虑，使两项费用之和最小。,对于长距离与大流量输送流体，d应按前述的经济核算原则进行选择； 对于车间内部，通常管道较短，也不太粗，这时可根据经验来选择d。一般液体流速为0.53m/s，气体为1030m/s，蒸汽为2050m/s。某些流体在管路中常用流速范围列于下表中。 注：选经验流速代入上式后得到的d还需圆整到标准规格 例1-6,返回,表1-1,【例1-6】 某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路，试选择合适的管径。,返回,1-2-2 定态流动与非定态流动,动画,返回,流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动。,1-2-3 定态流动系统的质量守恒连续性方程,流体流速与管道的截面积成反比，截面积越大流速越小，反之亦然。管内不同截面流速之比与其相应管径的平方成反比。 例1-7,【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm， 细管内径d2=5cm，当流量 为4103m3/s时， 求粗管内和细 管内水的流速？,返回,1-2-4 定态流动系统的机械能守恒柏努利方程 一、实际流体的柏努利方程 推导,以单位质量流体为基准：,以单位重量流体为基准：,二、理想流体的柏努利方程 理想流体是指没有黏性（即流动中没有摩擦阻力）的不可压缩流体。,三、柏努利方程的讨论 （1）当系统中的流体处于静止时，柏努利方程变为,四、柏努利方程的应用 应用柏努利方程时需注意的问题： （1）截面的选取,所选取的截面应与流体的流动方向相垂直，并且两截面间流体应是定态连续流动。截面宜选在已知量多、计算方便处。一般根据流体流动方向确定截面1-1，2-2顺序,（2）基准水平面的选取,基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面,（3）计算中要注意各物理量的单位保持一致，对于压力还应注意表示方法一致。 例1（例1-8） 例题2 例题3,P22例19、110、111,返回,如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。,返回,流体通过截面1 -1输入的总能量用下标1标明，经过截面2 -2输出的总能量用下标2标明，对此流动系统的总能量衡算， 输入=输出，每一项除以m，其中V/m = v比容，设流体是不可压缩的，上式中的v1 = v2 = v = 1/；于是,上式是以单位质量为基准的（每一项除以m ），若每一项除以mg，即得以单位重量为基准的机械能衡算式：,若流体流动时不产生流动阻力，则流体的能量损失hf = 0，这种流体称为理想流体。实际上这种流体并不存在。但这种设想可以使流体流动问题的处理变得简单，对于理想流体流动，又没有外功加入，即hf =0，He = 0时，上式可简化为：,返回,【例1-8】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？,返回,用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为0.1