化工基础知识 炼油厂操作工流体力学.ppt

化工基础知识 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 n m 能功率瓦特w j s 物质的量摩尔mol 2 工程单位制温度 力 kgf1kgf 9 81n热量 kcal1kcal 4 187kj3 单位换算举例将5g cm3换算成kg m3 5 10 3 10 6 5 103kg 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 vv 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 10 103kg则 v m 104 1836 5 44m3 气体密度的计算 理想气体状态方程pv nrtn m mm 分子量kg kmol 千摩尔质量 pv m mrtpm m vrtpm rt pm rtkg m3 p kpav m3m kg kmolr 8 314kj kmol kt k 求 甲烷在320k和0 5mpa时的密度 ch4 解 pm rt 0 5 1000 16 8 314 320 3kg 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958kg m3 4 时水的密度为1000kg 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 1 013 105pa 760mmhg 10 33mh2o 1 033kgf cm2 1mmhg pa1mh2o 9 8 103pa1kgf cm2 9 81 104pa 133 3 1at 1kgf cm2 9 807 104n 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 pa8 5mh20 n m22kgf 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 1250kg 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 1 3m s气体流速 10 20m 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 u1a1 1 u2a2 2液体可视为不可压缩流体 即 1 2则 u1a1 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 75m 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 97 1000 3600 1836 1 96 10 3m3 s u qs a 1 96 10 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 108 4mm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 0p1 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rere du re 2000层流re 4000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 s293k时水的 998kg m3 1 005 10 3pa s则 re du 0 05 2 998 1 005 10 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 ml 直管的长度 md 直管的内径 mu2 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 038mu 1m s 996kg m3 1mpa s re du 0 038 1 996 1 10 3 37848 0 021h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