化工原理少学时和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案.流体流动中的守恒原理PPT课件

1 3 1质量守恒 连续性方程 对于定态流动系统 在管路中流体没有增加和漏失的情况下 1 3流体流动中的质量守恒 推广至任意截面 连续性方程 不可压缩性流体 圆形管道 即 不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比 例 如图所示的输水管道 管内径为d1 2 5cm d2 10cm d3 5cm 1 当流量为4L s 各管段的平均流速为多少 2 当流量增至8L s或减增至2L s 平均流速如何变化 例 如附图所示 管路由一段 89 4mm的管1 一段 108 4mm的管2和两段 57 3 5mm的分支管3a及3b连接而成 若水以9 10 3m s的体积流量流动 且在两段分支管内的流量相等 试求水在各段管内的速度 1 3 2机械能守恒 柏努利方程 理想流体的柏努利方程 理想流体的概念 0 流体流动过程没有机械能的损失 对不可压缩流体 以1kg流体为基准进行机械能衡算 无机械能的输入 1 当以单位重量流体为基准时 1式两边同除以g 2 当以单位体积 m3 流体为基准时 1式两边同乘以 3 实际流体的机械能衡算 实际流体的机械能衡算 1 以单位质量流体为基准 设1kg流体从流体机械的机械能为We 1kg流体损失的能量为 hf J kg 有 4 式中各项单位为J kg 有能量的输入并且实际流体流动时有能量损失 假设流体不可压缩 2 以单位重量流体为基准 将 1 式各项同除重力加速度g 令 则 5 式中各项单位为 z 位压头 动压头 H 外加压头或有效压头 静压头 总压头 Hf 压头损失 3 以单位体积流体为基准 将 1 式各项同乘以 式中各项单位为 6 压力损失 柏努利方程的讨论 1 若流体处于静止 u 0 hf 0 W 0 则柏努利方程变为 说明柏努利方程即表示流体的运动规律 也表示流体静止状态的规律 2 理想流体在流动过程中任意截面上总机械能 总压头为常数 无外功的输入 即 柏努利方程演示实验 We hf 在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量 zg 某截面上单位质量流体所具有的位能 动能和静压能 3 柏努利方程式有3种表达形式 单位重量量流体和单位体积流体如何 之间的关系 4 压力和基准面的选取 p1 p2只能同时取表压或绝压 取法要一致 基准面Z取同一 5 流体输送机械轴功率和机械效率的计算 外加能量We是对每Kg流体而言的 要计算泵的轴功率 单位时间的动力消耗 需将We乘以质量流量qm 再除以输送机械的效率 有效功率Pe We qm gqvHe轴功率Pa Pe We qm 单位 W 瓦 6 柏努利方程式适用于不可压缩性流体 对于可压缩性流体 当时 仍可用该方程计算 但式中的密度 应以两截面的平均密度 m代替 柏努利方程的应用 管内流体的流量 输送设备的功率 管路中流体的压力 容器间的相对位置等 利用柏努利方程与连续性方程 可以确定 1 根据题意画出流动系统的示意图 标明流体的流动方向 定出上 下游截面 明确流动系统的衡算范围 2 位能基准面的选取必须与地面平行 宜于选取两截面中位置较低的截面 若截面不是水平面 而是垂直于地面 则基准面应选过管中心线的水平面 4 各物理量的单位应保持一致 压力表示方法也应一致 即同为绝压或同为表压 3 截面的选取与流体的流动方向相垂直 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 工程应用 1 测风速由1 1至2 2列方程得 压差计 Pa P2 igR可得 2 重力射流 由于C处截面积无法确定 则以小孔面积取代 同样以小孔平均流速u代替ut 考虑到能量损失 引入校正系数Co 孔流系数 3 虹吸 1 2 3 P3 Pa h P3 即虹吸原理 但管内必须充满液体 能不能按静力学方程取等压面算 例 水在如图所示的虹吸管内作定态流动 管路直径没有变化 水流经管路的能量损失可以忽略不计 试计算管内截面2 2 3 3 4 4和5 5处的压强 大气压强为760mmHg 水 1000kg m3 水的饱和蒸汽压Pv 4250Pa 例 如附图所示 从高位槽向塔内进料 高位槽中液位恒定 高位槽和塔内的压力均为大气压 送液 管为 38 2 5mm的钢管 要求送液量为5m3 h 设料液在管内的能量损失为30J kg 不包括出口能量损失 试问高位槽的液位要高出进料口多少米 已知料液密度 为850kg m3 4 确定容器的相当位置 例1 8水以7m3 h的流量流过如图所示文丘里管 在喉颈2 2处接一支管 其下端插入水池中 池内水面到管中心的垂直距离为3m 已知截面1 1处的内径为50mm 压力为0 02MPa 表压 文丘里管的喉径为15mm 试判断垂直支管中水的流向 设为阻力损失 水 1000kg m3 P0 1atm 5 流向的判断 解 假设垂直小管中流体静止 例 流向判断 喉径内径与水管内径之比为0 8 若忽略水在管中流动时的能量损失 试判断垂直小管中水的流向 1 1与2 2间 小管中的水自下而上流动 小管中的水自上而下流动 思考 若将垂直小管改为弯头小管 弯头迎着来流方向 如图所示 试判断此时弯头小管中水的流向 例 某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液 密度为1100kg m3 输送至吸收塔顶 经喷嘴喷出 如附图所示 泵的入口管为 108 4mm的钢管 管中的流速为1 2m s 出口管为 76 3mm的钢管 贮液池中碱液