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（2）切断液封：在气体贮罐前后安装切断液封安全作用，而且防漏，还可节省投资。 （3）溢流液封：在洗气塔液体溢流排放口为防气体带出设置的液封。 2、液封高度计算 .&第一章流体力学一、流体：可以流动的物体物体的变形与时间有关的液体与气体liquid &gas。二、 流体输送在化工生产中的应用在化工生产过程中，物料从一个设备到另一个设备、在设备中进行物理或化学加工过程等，一般都是在流动的过程中进行的。适宜的流动条件能使过程进行的更加完善。因此，我们有必要在此首先讨论流体输送，以解决化工生产中的最基本的问题：1、管径的选择与管路布置；2、估算输送流体所需要的能量，选用输送机械；3、流速、流量、压强等的测定；4、提供适宜的流体流动条件，作为强化设备操作及设计高效能设备的依据。第一节 流体的基本物理量 一、密度与比容 density & specific volume（一）密度与比重d 1、密度：概念；表达式；单位；液体密度及其查取方法2、比重相对密度（二）气体的密度一般可根据理想气体状态方程求得。例题：求常压下、25时氧气的密度？（三）混合物的密度1、 混合液体 混合前后总体积不变的原则例题：求25时40%（质量百分数）的苯、甲苯溶液的密度？2、 混合气体 用平均分子量例题：求常压下、25时空气的密度？（四）比容比容的概念；表达式；单位；与密度的关系。二、压强p（压力）pression or pressure1、定义，表达式，单位与其它常用压力单位，单位换算因子；2、压强与压力3、用液柱高度表示压强单位的意义：该液柱作用于底部单位面积上的重力。4、表压、绝压、真空度。（1）概念（2）相互关系： 表达式； 关系图（3）说明：上报工艺文件时注意要注明是表压还是绝压，如不注明，则表明是绝压。小结：一、密度二、压力 作业：气体密度计算1题，混合液体密度计算1题，表压、绝压、真空度换算1-2题。三、流量与流速1、体积流量与质量流量（1）体积流量符号；概念；表达式；单位。（2）质量流量符号；概念；表达式；单位。（3）体积流量与质量流量之间的关系2、流速u与质量流速g（1）流速：符号；概念；平均流速；表达式；单位。（2）质量流速：符号；概念；表达式；单位。（3）流速与质量流速之间的关系四、粘度 degree of viscosity1、概念：粘度是表示流体流动性能的物理量。我们知道有的流体容易流动，有的流体不易流动。例如，水比油易流；油比蜂蜜易流。这就是由于它们的粘度不同，粘度小易流，粘度大难流。粘度越大的流体，在相同的流速下流动时，流体的阻力损失越大。粘度是流体流动过程中不同流速的流体之间产生的相对摩擦的体现。所以粘度是流体的动力学参数。2、粘度的单位（1）pa.s 泊（p） 厘泊（cp）（mpa.s）（2）换算3、粘度与温度的关系4、粘度数值的查取(教材252，253页附录十一、十二)5、混合物的粘度（教材16页经验公式）（1）混合液体（2）混合气体第二节流体静力学 hydrostatics一、静力学基本方程式及其讨论1、静力学基本方程式 或： 或：或 2、讨论（1）各项的物理意义（2）修正压强：（3）压强的传递性（4）等压面的概念 （5）适用范围小结：一、流量与流速二、粘度三、静力学方程与等压面作业：管路中流量、流速计算2题二、静力学方程的应用（一）测压1、u形管压差计（1）结构：u形玻璃管，标尺，指示液及其要求（2）测压原理：等压面，压差计算公式。（3）讨论： 当压差一定时，读数r与u形管的粗细、长短无关； 为了得到比较适中的读数r，应根据压差选用指示液，常用的指示液； 压差计可用于测量某一点的压力； 测量具有位差的两点间的压差时，u形管压差计上的读数是修正压强差。即：2、杯形斜管压差计u形管压差计的变形创新结构；测压原理；优点；使用注意事项（二）测量液位1、用u形管压差计来测量液位 （1）特殊情况下（一侧指示液液位刚好与贮槽底部平齐）的液位计算：（2）通过改进（设置“杯”）使特殊情况也适用于一般情况2、远距离测量教材22页图1-13装置测量原理分析：（1）观察室的作用（2）氮气压力与h点压力的关系从而与液位关联（3）氮气压力计算（三）、计算液封的液位高度1、液封的类型与作用（1）安全液封：维持正常生产用气压。如需控制乙炔发生炉内压力p采用上图装置。（2）切断液封：在气体贮罐前后安装切断液封安全作用，而且防漏，还可节省投资。（3）溢流液封：在洗气塔液体溢流排放口为防气体带出设置的液封。2、液封高度计算 （p为表压）例：（教材24页例1-9，1-10）小结：u形管压差计作业：静力学方程的应用2题第三节 柏努利方程及应用 一、稳定流动与不稳定流动连续流动的概念：液体质点连续；管路中满流。二、连续性方程121 21、连续性方程式图示系统中，输入物料=输出物料即：=因为，故上式可写为：对于不可压缩流体：则上式为：对于圆形管路：则上式又为： 即： 2、讨论：（1）适用范围：连续稳定流动系统（2）系统截面一定要具有连续性，而内部连不连续、发生什么过程可以不管（3）分支管路的连续性方程式 3、连续性方程式的应用选用管径（1）初估管径 计算公式 流速u的确定（2）根据管子规格园整 管子规格：表示管子规格的方法主要有两种： 及公称直径 选管例：冷冻盐水（25%的cacl2水溶液）由冷却系统回循环槽，温度为293k，流量为5000kg/h。试确定所用水煤气管的规格？三、能量类型1、流体自身的能量类型：内能、位能、动能、静压能2、与环境交换的能量类型：外加能量、热能、损失能量1 we(he)21 2 ef(hf)四、柏努利方程1、机械能衡算式柏努利方程式在图示系统中：输入机械能=输出机械能即：或：2、讨论柏努利方程式（1）适用范围：a 稳定流动系统；b 不可压缩流体；c 重力场中。（2）守衡与变化（3）各项的物理意义z 设备plant高低相对位置参数；p 状态state参数，由操作条件决定；u 动力学dynamics参数，这是最活跃的参数，一般可根据经验确定。（4）对于理想流体，流动无阻力，流动过程中也无需外加能量，则柏氏式为：（5）对于静止流体，流速u =0 则柏氏式又为： 或此式就是静力学基本方程式。所以说静力学基本方程式包括在柏努利方程式中（6）气体一般不可以使用柏氏式，但当压力变化不是很大（）时，可近似使用柏氏式，不过其中的密度应用两截面的平均密度。（7）分支管路的柏氏式：小结：一、流体在不同的管径中流动时，流速比与管径的平方成反比；二、管径的选用三、柏努利方程作业：静力学方程1题，选管1题 五、柏努利方程式的应用解题要求：作图并在图上标出有关物理量；取截面并确定基准水平面；列柏氏式；列已知条件；代入方程求解；结果讨论。例1 在图示管路系统中，水槽液面维持不变，水可视为理想流体。求（1）管路出口流速；（2）图中a、b、c点的压强；（3）讨论流动系统中的能量转化关系。解：（1） 取截面1-1和2-2，以2-2截面为基准水平面（说明取截面的要点）列柏氏式： 列已知条件： z1=5m z2=0 p1=0 p2=0 (基准一致) u1=0 u2=? 代入求解得u2= m/s（2） （3）讨论能量转化关系结果讨论： a点的压强与槽底的压强是否相等？a点的气蚀现象。 c点是否会发生气蚀现象？ u2与哪些因表有关？能否用无限向下增加管长来提高出口流速成？c点能否无限增高？例2：如图所示的水冷却装置中，处理量为60 m3/h，输入管路的内径为100mm的钢管，喷头入口处的压强不低于0.5at（表压），管路阻力损失为88.3j/kg。求泵的功率？（）11 3m22 热水槽 冷水槽解：取截面1-1和2-2，以2-2截面为基准水平面列柏氏式：列已知条件： 代入求解：h= （）=以上我们通过两个例题说明了柏努利方程式的应用（求管路出口流速和确定输送机械的功率）。由于柏氏式中涉及的参数较多，所以其应用较活、较广。小结：柏努利方程可用于：计算管路中流体流速；确定输送流体用压力；确定设备间相对位置高度；确定输送机械的功率。教材30页-32页还列举了几个例题，同学们课后自己看书。作业：柏努利方程的应用2题第四节 管流过程一、管流过程的流体阻力flow of stream resistance 1、观察流体阻力的实验2、流体阻力的表现形式（用柏努利方程分析流体在流动过程中损失的能量）3、流体阻力的来源（1）内因：流体本身的粘性（2）外因：流动状况及管路状况二、雷诺reynold实验与流体的流动型态flow pattern1、雷诺实验与流体的流动型态（1）雷诺实验装置（2）雷诺实验操作、现象及其分析、流体的流动型态2、雷诺数reynolds number与流动型态的判定（1）雷诺数及其讨论（2）流动型态的判定（3）非圆形管路的当量直径3、层流边界层boundary layer与管内流速分布（1）层流边界层概念（2）管内流速分布 层流时 湍流时（3）湍流的特点第五节 化工管路基础一、管子与管件1、化工生产中常用的管子类型钢管（有缝和无缝）、铸铁管、有色金属管、非金属管。管材的选用通常是根据物料的性质（腐蚀性、易燃性、易爆性等）以及操作条件（温度、压力等）2、常用管件（41页）阀门、弯头、三通和四通、接头、大小头、丝堵和盲板。二、管路的连接方式法兰连接、螺纹连接、承插连接、焊接。三、管路布置的一般原则1、从便于安装、检修、操作和节省基建费用等考虑（1） 除了下水道、上水总管和煤气管外，管路铺设就尽可能采用明线；（2）并列管路上的管件和阀门就互相错开；（3）车间内的管路就尽可能沿厂房墙壁安装，管与管之间和管与墙壁之间和距离以能容纳活动接头或法兰，以及便于检修为宜，具体数据可参阅表1-5的规定； （4）管路的顷斜度通常为3/10005/1000，对含有固体结晶或颗粒较大的物料管就大于或等于1/100；（5）为了便于区别各种类型的管路，通常应在管路的保护层或保温层表面涂以颜色。其具体颜色及涂色方法可查阅有关资料的规定。2、从保证操作与人身安全起见（1）所有管路，特别是输送腐蚀性介质的管路，在穿越通道时，不得装设各种管件、阀门以及可拆卸连接，以防止因滴漏而造成对人体的伤害；（2）管路离地面的高度以便于检修为准，但通过人行横道时，最低点距地面不小于2m，通过公路时不得小于4.5m，与铁路路轨净距离不得小于6m；（3） 管路的跨距（两支座间的距离）一般不超过表1-6的规定；（4）输送腐蚀性介质的管路与其它管路并列时，应保持一定距离，而且其位置应略低一些，或采用如图1-34所示的三角支架，这样可避免发生滴漏时影响其它管路；（5）输送易燃易爆（如醇类烃类流体等）物料时，由于在物料流动时常有静力产生而使管路成为带电体，为了防止静电积聚，必须将管路可靠接地；（6） 考虑季节变化的热补偿3、从尽量降低基建费用和操作费用出发（1）各种管路应集中铺设，这样可以共同利用管架；铺设时要尽量走直线，少拐弯，少交叉，而且力求整齐美观。（2） 热的管路应避开冷的管子，特别是冷冻盐水的管路；衬橡胶管或聚氯乙烯塑料管应避开热的管路；如果这些管路装在同一支架上，应将热的管路装在最上面；（3） 管路安装完毕后，应按规定进行强度和严密性试验；未经试验合格，在焊接及其它连接处不得涂漆和保温；管路在第一次使用前须用压缩空气或惰性气体进行吹扫。第六节流体阻力的计算一、表示阻力损失的物理量及其相互关系二、阻力计算1、直管阻力的计算比例系数，称为摩擦系数，见书36页图1-34a线：层流 由作出来的b线：光滑管路、湍流（无缝钢管、一些有色金属管、玻璃管等）c线：粗糙管路、湍流（有缝钢管、铸铁管、陶瓷管等）直管阻力的计算步骤为：已知条件reh直例：20的水在套管的环隙中流动，套管的内径为100mm，小管外径为80mm，水的流速为0.1m/s，求100m管长的阻力损失为多少n/m2？当流速增加到2m/s，再求100m管长的阻力损失？解：（层流）（常数96的说明）（湍流）结果讨论：阻力与流速的平方成正比关系2、局部阻力的计算h局局部阻力的计算有两种方法：当量长度法和阻力系数法。（1）当量长度法：的概念：计算公式：n当量系数le， n通过查有关手册得到（2）阻力系数法：实践证明：阻力总是与通过管件中流体的动压头成正比。即：那么我们只要通过实验求出管件的比例系数，有了比例系数我们就可以求出流体通过该管件的局部阻力。这个比例系数常称为阻力系数，用符号来表示。可查有关手册得到记住：容器入管口，=0.5；管子入容器，=1.0以上介绍了两种局部阻力的计算方法。注意：同一管路系统最好采用同一种计算方法。3、管路总阻力hf：从系统的1-1截面到2-2截面所有的阻力损失。例：溶剂由敞口高位槽流入精馏塔。如图所示。进料入塔的压力为0.2at（表压），输送管路为的无缝钢管，直管长为8m，管路中有90标准弯头两个，180回弯头一个，球心阀（全开）一个，为使液体能以3m3/h的流量流入塔中。问高位槽应放置的高度，即位差z为多少m？（kg/m3 ，cp）。 解：工具为柏氏式及阻力计算式取截面1-1，2-2，并以2-2截面为基准水平面列柏氏式：列已知条件： （湍流）(查46页表1-2得)查47页图1-37得：查le或容器入管口： 90标准弯头：180回弯头： 球心阀（全开）：管子入设备： 代入柏氏式：4减小阻力的途径（1）减小直管阻力（2）减小局部阻力（3）适当放大管径（4） 在物料中加入一些添加剂，以用来降低流体粘度或改变流体的流动形态。 （5）给管子穿衬衣小结：一、流体的流动形态及其判定二、流体阻力的产生、计算及减小阻力的途径三、化工管路及其布置布置作业：流动型态判定1题，流体阻力计算2题第七节 简单管路的计算一、计算工具： 或 这里共有9个独立的变量，只要知道其中六个就可以求出另外三个。可见，题目类型很多，但常见的有以下三种题型。二、常见的题目类型与解题步骤1、已知d，q，求h或n。（设计）2、已知d，p，z，求q。（操作）3、已知，p，z，q，求d。（设计）三、解这三类题目的步骤：1、2、试差： 或：设reu3、试差：设udre 或：设例：图示为一输水管路。液面1-1到截面3-3全长300m（包括所有的l当），截面3-3到液面2-2间有一闸阀，其间的直管阻力可以忽略，输水管路为2英寸的水煤气管，水温为20，试在阀全开时求管路输水量q？截面3-3处的表压，以m h2o表示？1 110m 3 2 2 3解：（1）已知：d，p，z，。求q （第2类）根据第2类题目的解题步骤先由柏氏式解得再由阻力计算式求出u，这一步有较多的文章可做查取有关物性数据： 查局部阻力的当量长度和阻力系数：闸板阀全开：管子入容器：则：reu(m/s)hf (m)0.0211.82.226290.022101.88722.80.0254.450.8947.380.0245.81.0948.380.02357.01.3211.960.02376.41.20810.08所以： u =1.208m/s 则q=9.59m3/h（2）取截面1-1和3-3，以3-3截面的中心水平面为基准水平面通过柏氏式直接求出第八节 流量测量介绍两种常见的以流体力学为测量原理流量计。一、孔板流量计orifice plate flow meter1、结构：孔板，u型管压差计。（教材61页图1-44）2、测量原理：流体流过孔口时，遇到一个突然缩小的截面，这样动能增加而静压能减小，在孔口前后形成了压强差，在u形管上反映出来。流量越大，r越大。其量化的计算公式为： qv=孔流系数，可以查图得到。见教材62页图1-45。这张图的使用范围为re的临界值曲线的右边，也就是c0在常数范围内。3、孔板流量计的用法（1）安装：孔板流量计通过管法兰安装在水平管道上，前后应有一定的直管段；（2）计算流量：计算，查教材62页图1-45得c0（常数范围），由读出的u形管压差计上的读数r求出流速，再求出流量，再核算c0。（3）流量可由压力变送器通过仪表显示。二、转子流量计metering float flow meter1、结构：带锥度（4）及刻度的透明玻璃管；带斜槽的转子，其密度大于被测流体的密度。2、测量原理：垂直安装，流体自下而上流动；流量稳定时转子的受力性况；流量改变时转子的移动性况。所以转子流量计也称为等压降、等流速流量计。定量的计算公式可通过转子的受力分析及柏氏式得到，这个量可直接刻在玻璃管上。3、转子流量计的使用：（1）安装：垂直安装，前后要有一定的直管段；流体自下而上流动；（2）读数：读转子的最大截面处，一般为转子的顶部；（3）刻度校核：转子流量计生产厂家是用20的清水作为试验流体来刻度的，因此，当输送密度与水的密度有差异的物料时，须进行刻度校正。（校正公式用时可查取，教材66页式1-65）。 小结：一、孔板流量计的使用二、转子流量计的使用布置作业：简单管路计算1题，孔板流量计流量计算1题