四川大学化工原理总复习PPT课件

-,1,第一三章,流体流动与输送,-,2,1.流体的密度r：流体中空间某点上单位体积的平均质量,一、流体流动基本性质,单位：,-,3,气体的密度（按理想气体）,混合气体的密度（按理想气体）,ii组分的密度Mii组分的摩尔质量yii组分的摩尔分率,-,4,混合液体的密度,ii组分的密度wii组分的质量分率,注意：气体=f（P,T）液体=f（T）,-,5,粘性抵抗两层流体相对滑动速度的性质粘度衡量流体粘性大小的物理量,2.粘度,-,6,粘度（压强1.01105Pa、温度288K）空气：0.01810-3N.s/m2水：1.140510-3N.s/m2甘油：233010-3N.s/m2,液体温度粘度气体温度粘度,注意：1泊=100厘泊1厘泊=1/1000（N.s/m2）,液体的分子间距较小其粘性以分子间的引力为主因，而气体的粘性以分子运动为主因,-,7,混合气体粘度计算,混合液体粘度计算（不缔合混合液）,-,8,3.压强：单位面积上垂直作用于流体的力。*为外部作用力（包括流体柱自身的重力）在流体中的传播*其方向与作用面相垂直，并指向作用面*静止流体中的压强称为静压强*在流体空间的任一点处，静压强数值相等地作用在各个方向,-,9,用压力计（manometer）测定压强,1)、真实压强大于大气压强测定的压强称为表压,pa,P绝,表压,-,10,2)、真实压强小于大气压强测定的压强称为真空度,-,11,4.流量与流速,流量：单位时间内流经管道任一截面的流体量。体积流量：单位时间内流经管道任一截面的流体体积，以qv表示，其单位为；,流速：单位时间内流体在流动方向上流经的距离，用u表示，单位为m/s；,质量流量：单位时间内流经管道任一截面的流体质量，以qm表示，其单位为kg/s或kg/h；,-,12,流量与流速,-,13,流量与流速,若输送流体管道的直径为d(m)则,-,14,二.连续性方程,1,1,2,2,对于稳定过程，物料衡算关系为：输入=输出,-,15,连续性方程,对于任意截面：,-,16,连续性方程,-,17,三、流体稳定流动的机械能衡算实际流体的伯努利方程,1、成立的条件：连续稳定的流动系统,2.理想流体流动的柏努利方程,J/kg,-,18,实际流体流动的柏努利方程,3.实际流体*存在流动阻力，部分机械能不可逆地转换为内能，称为阻力损失hf.。*机械能不守恒，但总能量一定守恒。,若流体输送机械对流体输入的机械能为he,1,1,2,2,J/kg,J/kg,以单位质量流体为基准：,-,19,在1截面单位质量的流体具有的动能J/kg,在2截面单位质量的流体具有的动能J/kg,单位质量的流体通过流体输送机械后所获得的能量J/kg,单位质量的流体由1截面流至2截面发生的机械能损失J/kg,E1：输入控制体的机械能E1J/kg,E2：输出控制体的机械能E2J/kg,1,1,柏努利方程的讨论,1).柏努利方程中每项的含义,-,20,1,1,无外加功：he=0,无外加功且,2).能量转换：流体稳定流动、无摩擦损失、没有外功输入,即：,-,21,柏努利方程的讨论,1,1,2,2,即机械能为常数，但在各截面上的每种能量并不一定相等,-,22,柏努利方程的讨论,3）.流体静力学方程：若系统无外功加入则he=0，且系统中流体处于静止状态，则u=0，此时hf=0,流体静力学方程,-,23,流体输送机械的有效功率Ne：,流体输送机械的轴功率N：,输送机械的效率,有效功J/kg,4）.理论功率与轴功率：输送单位质量的流体所需加入的外功为he，若被输送流体的质量流量为qmkg/s，,-,24,柏努利方程的讨论,5）.柏努利方程中hf0，即永远是正值。,6）.（1）单位质量流体作为衡算基准的柏努利方程：,J/kg,（2）单位重量流体作为衡算基准的柏努利方程：,单位为：J/N或m流体柱,-,25,柏努利方程的讨论,（3）单位体积流体作为衡算基准的柏努利方程：,单位为或,-,26,7）管路阻力损失,流体在管路系统中流动的阻力损失,直管阻力损失流经直管时由于流体的内摩擦产生。局部阻力损失流经管件阀件时，由流道突变产生。摩擦阻力+形体阻力取决于管件的阻力特性,直管阻力损失,局部阻力损失,阻力损失：机械能热力学能,-,27,(1)直管阻力损失计算,层流时：,湍流时：,-,28,摩擦系数曲线图（Frictionfactorchart）,-,29,（2).局部阻力损失的计算方法,阻力系数法服从阻力平方定律,当量长度法认为局部阻力损失与某个长度Le的直管阻力损失相当,表3-2管件，阀件局部阻力系数值,图33管件与阀件的当量长度共线,-,30,8）流体输送管路计算,管路系统的流量分配特性管路系统的阻力特性,a简单管路（无分支的管路）,串连特点：（1）各段管路的质量流量不变（2）总阻力等于全部分阻力之和,-,31,并联特点：（1）总管质量流量等于各支管流量之和：（2）并联点处流体势能唯一，即单位质量流体通过任一根支管阻力损失都相等：,b并联管路,-,32,b并联管路,推论：并联各支管流量分配具有自协调性,-,33,c分支管路,分支管路的特点：（1）总管质量流量等于各支管之和：,-,34,c分支管路,(2）支管柏努利方程,-,35,4.应用柏努利方程解题时的注意事项,1）.作图：画出流程图，标出流动方向，将主要数据列于图中；2）.截面的选取：截面应与流动方向垂直，所选的截面应是已知条件最多且要求的未知参数应包括在所选的截面构成的系统中，两截面间流动应是连续的；3）.单位：计算时，在方程中每项的单位必须一致；4）.基准水平面的选取：,-,36,柏努利方程式的应用,1.管道中流体流量的确定,例题：有一垂直管道，内径由d1=300mm渐缩至d2=150mm，水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的静压力分别为0.2MPa和0.16MPa（表压）。测压点的垂直距离为1.5m。如两测压点之间的摩擦阻力不计，试求水的流量为多少m3/h？,2,2,1,1,1.5m,0.2MPa,0.16MPa,150,300,解：如图选取截面列柏努利方程式,选取11截面为基准水平面，则z1=0，z2=1.5m，根据连续性方程，有,-,37,柏努利方程式的应用,取水的密度为1000kg/m3，则,-,38,柏努利方程式的应用,2.管道内流体的压力及压差计指示,例题：如图所示，大管直径为80mm，小管直径为40mm，水在管路中的流量为13.57m3/h。两管上均有一测压点与一倒U型管相连，指示剂为空气，若两测压点所在截面之间的摩擦损失为260mmH2O，求倒U型压力计的读数R值。,R,空气,1,1,2,2,解：如图选取截面，z1=0，z2=0在两截面间列柏努利方程式：,-,39,柏努利方程式的应用,-,40,柏努利方程式的应用,3.功率的计算,例3-4用水泵向高位密闭水箱供水，水箱中液面上方压力为0.2MPa，管路流量为150m3/h，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m和25m，泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管。吸入管管长10m，管路上装有一个吸水底阀和一个90标准弯头；排出管管长200m，其间有全开的闸阀1个和90标准弯头1个。试求泵吸入口处A点的真空表读数和泵的轴功率，设泵的效率为65%。,-,41,？,？,解：取水的密度为1000kg/m3，粘度为1.010-3Pas，设泵的吸入和排出管路水的流速分别为uA和uB，则,-,42,例3-4,取管壁绝对粗糙度0.3mm，则,由图2-13查得摩擦系数:,由表3-2查得管件局部阻力系数如下：水泵吸水底阀,闸阀（全开）,90标准弯头,-,43,1）取水池液面1-1截面为基准面，泵吸入点处A为2-2截面，在两截面间列柏努利方程,-,44,2)又取水箱液面为3-3截面，在1-1与3-3截面间列柏努利方程,问：在2-2与3-3截面和在1-1与3-3截面间列柏努利方程算出的he相同否？,又管路质量流量,故泵的轴功率,-,45,柏努利方程式的应用,例：水以7m3/h的流量流过如图所示的文丘里管，在喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知截面11处内径为50mm，压力为0.02MPa（表压），喉颈内径为15mm，试判断垂直支管中水的流向。（假设流动无阻力损失，水的密度取1000kg/m3）,4.流向判断,3m,Pa,3,3,1,1,2,2,u1,u2,-,46,柏努利方程式的应用,解：假设支管中水为静止状态，在截面11和22截面间列柏努利方程：,4.流向判断,3m,Pa,3,3,1,1,2,2,u1,u2,-,47,柏努利方程式的应用,3m,Pa,3,3,1,1,2,2,u1,u2,取水槽液面33截面为基准面,E3E2，支管中流体将向上流动。,-,48,例：有一高位槽，水从底部的接管流出，如图所示。高位槽直径D=1m，槽内水深2m，底部接管管长4m，管径d=20mm，液体流过该系统的能量损失可以按计算，问槽内液面下降1m所需要的时间。,柏努利方程式的应用,5.流体从高位槽流出,2,2,1,1,z1,z,解：由于高位槽的液面在流体流动过程中不断下降，故接管出口处的流速u随时间变化，属于不稳定流动问题,-,49,柏努利方程式的应用,2,2,1,1,z1,z,对于本题，以11和22间为划定体积，则,列柏努利方程：,-,50,柏努利方程式的应用,-,51,阻力对管内流动的影响,2,2,1,1,A,B,L1,L2,如图所示，高位槽A内的液体通过一等径管流向槽B，在管线上装有阀门，阀门前后M、N处分别安装压力表。假设槽A、B液面维持不变，阀门前后管长分别为L1、L2。现将阀门关小，试分析管内流量及M、N处压力表读数如何变化。,M,N,-,52,阻力对管内流动的影响,解：（1）管内流量变化分析,2,2,1,1,A,B,L1,L2,M,N,阀门关小后管内流量将变小,论证：在两槽液面11与22间列机械能衡算式：,因z1、z2、p1、p2均不变，而u1=u2=0，所以E1、E2不变,-,53,而管径、管长不变，变化不大，可视为常数，当阀门关小时，增大，增大，由上式得u减小，即qV减小,阻力对管内流动的影响,-,54,阻力对管内流动的影响,2,2,1,1,A,B,L1,L2,M,N,（2）M处压力表读数变化分析,由11和M点所在的截面列机械能衡算式：,当阀门关小时，上式中除u减小外，其余量均不变，故pM增大,-,55,阻力对管内流动的影响,（2）N处压力表读数变化分析,2,2,1,1,A,B,L1,L2,M,N,由N点和22所在的截面列机械能衡算式：,当阀门关小时，上式中除u减小外，其余量均不变，而恒大于零，故pN减小。,-,56,阻力对管内流动的影响,一.简单管路内阻力对管内流动的影响,1.任何局部阻力的增大将使管内各处的流速下降；2.下游的阻力增大将导致上游的静压强上升；3.上游的阻力增大将使下游的静压强下降。,-,57,阻力对管内流动的影响,二.分支管路中阻力对管内流动的影响,1.阀门A关小，阻力系数增大，支管中u2将下降，O点处静压强将上升；2.O点处静压强上升将使总流速下降；3.O点处静压强上升将使另一支管流速出现上升趋势。,1,1,2,3,A,B,p0,o,u2,u3,u0,-,58,阻力对管内流动的影响,三.汇合管路中阻力对管内流动的影响,u1,u2,u3,当下游阀门关小时，上游O点处的静压强将出现上升趋势，总管流速u3下降，各支管流速u1、u2也下降，当阀门继续关小时，可能会出现O点处的静压强上升到某一程度，使得u2=0，若阀门继续关小，则流体将反向流入低位槽中。,O,-,59,例题,如图所示，用泵将水从水池同时送至开口高位槽A及B中，已知通往A槽的直径为763mm，管道中各种管件、阀门的当量长度之和为7.7m，通往B槽的直径为573mm，管道中各种管件、阀门的当量长度之和为5m，以上当量长度不包括管子的出口的当量长度，管路中的流量为60m3/h。试求通往A槽、B槽的流量为若干。（可取=0.022，凉水池及高位槽的液面均恒定不变）,1.8m,2.3m,1.5m,30m,76m,0.5m,1.0m,A,B,O,O,a,a,b,b,-,60,例题,解：如图选择截面，在OO与aa、bb截面间列柏努力方程：,1.8m,2.3m,1.5m,30m,76m,0.5m,1.0m,A,B,O,O,a,a,b,b,-,61,P129例题3.4P136例题3.7习题3.17，3.20，3.25，3.33,-,62,第七章传热,传热的基本方式,热传导热对流热辐射,傅立叶定律,牛顿冷却定律,Q=h1A(tw-t)Q=h2A(T-TW),斯蒂芬波尔茨曼定律：,克希霍夫定律：,-,63,dl,T,Tw,tw,t,温度,滞流底层,Q,热流体,冷流体,Q换热器的传热速率，WA传热面积，m2tm冷热两种流体的平均温差，KK总传热系数，W/(m2K),传热基本方程式（总传热速率方程）,对整个换热器,第七章传热,传热面积以换热管外表面A2计算,-,64,传热负荷,冷流体：,蒸发或冷凝,过热蒸汽的冷凝或过冷液体的蒸发,热流体：,Q传热速率，W；,Cp1、Cp2热、冷流体的平均比热，J