矿大北京化工原理流体流动PPT课件.ppt

可编辑 流量 单位时间通过管道任一截面的流体量 体积流量Vs 或Vh m3 s 或m3 h 质量流量ws kg s 流速 单位时间内流体在流动方向上流过的距离 m s 流体在圆管内流动时 管中心流速最大 壁表面处为0 一般指平均流速 质量流速G 使用它避免了气体流速随p T变化带来的麻烦 1 2 1流量与流速 1 可编辑 1 17 u 流动阻力 动耗 操作费 u d 投资费 p26表 1 1给出了某些流体常用的u范围 其中 水类约为1 0 3 0m s 气 汽 类约为10 25m s 对于圆形管道 有 2 可编辑 例某厂要求安装一根输水量为30m3 h的管道 试选择合适的管径 解 依式 1 17 管内径为 选取水在管内的流速u 1 8m s 自来水1 1 5 水及低粘度液体1 5 3 0 3 可编辑 查附录中管道规格 确定选用 89 4 外径89mm 壁厚4mm 的管子 则其内径为 d 89 4 2 81mm 0 081m 因此 水在输送管内的实际操作流速为 4 可编辑 1 2 2定态流动与非定态流动 非定态流动 Steadyflow 各个物理量既随流体所处的位置变化 又随时间变化的情况 参数 f x y z 5 可编辑 1 2 3连续性方程式 上式为连续性方程式通式 对于液体 可简化为 对稳定流动系统的异径管段作物料衡算 物衡范围管内壁 1 1 2 2 时间基准1s 1 18a 1 18b 6 可编辑 连续性方程式反映了稳态下 流量一定时管路各截面流速的变化规律 用于 求不同A下的u或不同u下的A 或d 液体在圆管中流动 7 可编辑 1 2 4能量衡算方程式 柏努力 衡算范围流道内的1 1 2 2 时间基准1s以1kg质量为单位 1 随流体输入 出的能量 内能物质内部的能量总和 是原子与分子运动及其相互作用的结果 宏观 f T 1kg流体输入 出的内能分别用U1 U2表示 单位 J kg 8 可编辑 位能 mgZ单位 mgZ kg m s2 m Nm J1kg流体输入 出的位能分别为gZ1 gZ2 单位 J kg 位能是个相对值 高于基准面时为正 低于者为负 位能即势能mkg流体的位能相当于将其从 9 可编辑 动能 动能 1 2mu2单位 1 2mu2 kg m s 2 Nm J相当于将mkg流体从速度 0加速到u时所做的功 1kg流体输入 出动能分别为u12 2 u22 2 J kg 有流速u的流体才有动能 mkg流体的动能 10 可编辑 着有静压能 如图示 当流体要进入截面1 1 截面1 1 静压能流动着的流体内部各点都对应 处的流体有一定的静压 欲进系统的流体必须带着足以克服1 1 处静压的能量 对1 1 处流体做功令其流动使自己进入1 1 截面 质量为m 体积为V1的流体通过截面1 1 时 把该流体推进1 1 所需的作用力为p1A1 流体通过截面经过的距离 V1 A1 1 1 11 可编辑 位能 动能和静压能又称为机械能 它们的和 总机械能 总能量 E 对于1kg流体 V1 v1 比容 静压能 p1v1 离开2 2 的静压能 p2v2 J kg 则流体代入系统的能量 静压能为 12 可编辑 2 泵 换热器对系统输入 出的能量 热换热器向1kg流体提供 取走的热量为 Qe J kg 外功 净功 1kg流体通过泵等通用机械获得的功 也称有效功 用We表示 J kg 13 可编辑 综合上述六种能 或2 2 截面减去1 1 截面的形式 1 19a 14 可编辑 一 流动系统的机械能衡算式 1 19a 中 内能和换热器提供的热能不是机械能 故设法消去 根据热力学第一定律 1 20 从环境获得的热 如 由换热器的Qe 管道与外界的热交换QL 现设系统绝热QL 0 流体流经1 1 2 2 时为克服流阻消耗的机械能 热量 等温流动 略此热 用 hf表示 J kg 二 流动系统的机械能衡算式与柏努力方程式 15 可编辑 1 20a 1 22 代入 总能量衡算式 16 可编辑 1 22 是适用于可压缩 不可压缩流体的 流体稳态流动时的机械能衡算式 大多数情况下输送的流体可按不可压缩流体处理 后面主要考虑 1 22 在不可压缩流体流动时的应用 17 可编辑 不可压缩流体的比容v或密度 为常数 1 22 中的积分项为 二 柏努力方程式 18 可编辑 1 24 是柏努力方程式 只由机械能组成 等号两端分别为流体输入 输出系统的总机械能E1 E2 1 23 及 1 23a 是 1 24 的延伸式 习惯上也称为柏努力方程式 1 24 理想流体 0 流动时不产生阻力 不需外加功 19 可编辑 三 柏努力方程式的讨论 1 由 1 24 理想流体稳态流动时 流道上各截面的总机械能相等 其中每一种机械能 位 动 静压 可能因截面所处的位置高低 截面积大小等各不相同 但它们之间可以相互转换 维持总能量恒定 20 2019 12 29 21 可编辑 3 We是单位时间内设备向1kg流体提供的有效功 而单位时间流经系统的质量流量为ws 则设备提供的有效功 率 以Ne表示 J s或w 2 由于真实流体流动时产生流动阻力 22 可编辑 静止流体只是流动流体的一个特例 或 流体静力学方程式 用两截面间流体的 m代入公式 柏努力方程仍可用 4 当系统中流体处于静止 23 可编辑 6 以 单位重量 流体为衡算基准推出的柏式 以 单位体积 流体为衡算基准推出的柏式 m Pa 7 柏式中p1与p2常关心的是 p值 计算时既可以采用表压值 也可用绝压值 要求前后基准一致 24 可编辑 例1 1020 空气流经文丘里管 管内阻力略 当地大气压为101 33kPa 求 Vh 解 1 2 5柏努力方程式的应用 25 可编辑 无外加功 阻力略 可用 1 22 柏式解决 用 m计算 此系统 26 可编辑 则 由连续性方程 水平放置 Z 0 27 可编辑 二 确定容器间的相对高度 例1 11高位槽液面恒定 料液 850kg m3 塔内表压9 81kPa Vh 5m3 h hf 10 30J kg 不含出口阻力 解 设槽液面为1 1 管出口内侧为2 2 求 槽液面比管出口中线高多少m 28 可编辑 29 可编辑 三 输送设备的功率 例泵将河水打入洗涤塔 喷淋后流入下水道 求泵的轴功率N Vh 84 82m3 h 塔前总的流动阻力为10J kg 从管子出口至喷头出口段的阻力忽略不计 喷头处的压强比塔内压强高0 02MPa 水从塔内流入下水道的阻力也忽略不计 泵的效率为65 30 可编辑 在1 1 2 2 间列柏式 由题图可见p2要通过p3求取 在3 3 4 4 间列柏式 解 泵的轴功率N Ne Wews 31 可编辑 表 表 代入上页第一式 32 可编辑 解 稳态 以2 2 为基准面在1 1 6 6 间列柏式求虹吸管内流速 当地大气压为760mmHg 四 确定管路中流体的压强 33 可编辑 由连续性方程 或 根据本题情况 各截面总机械能E相等 且 34 可编辑 2 2 与2同截面处槽内的压强 其值 p2 说明有一部分静压能转为动能 同理 其它各截面 各截面间p2 p3 p4 及p4 p5 p6 p3 91560Pap4 86660Pap5 91560Pa 35 可编辑 求 4h后槽内液面下降高度 p36例1 16 五 非稳态流动系统的计算 解 对系统作物衡 36 可编辑 37 可编辑 六 应用柏努力方程式解题的要点 3 单位一致 1 依题作图 2 选取截面