化工原理液体流动ppt课件

精选，1，化工原理，朱德春合肥学院化学与材料工程系，principlesofchemicalengineering，精选，2，第一章流体流动(FluidFlow )，主要内容：流体的基本概念静力学方程式和机械能平衡式和伯努利方程式流体流动现象流动阻力计算管路计算流量测量，精选， 3本章的学习目的是重点把握本章学习的流体流动的基本原理、管内的流动规律，用这些原理和规律分析和解决流体流动过程中存在的问题： (1)流体输送：的流速选择、管径计算、流体输送机械的选择。 (2)流动参数的测定：压力、流速的测定等。 (3)建立最佳条件：选择合适的流体流动参数，建立传热、传质和化学反应的最佳条件。 非均匀体系的分离、搅拌(或混合)是流体力学原理的应用。精选、4、流体流动规律是化工原理的重要基础，主要原因是化工中的媒介大部分是流体(易于连续生产和工艺工作)。 流动对传热、传质及化学反应的影响、精选、5、气体清洗装置形象、流体动力学问题：流体(水和气体)在泵(或鼓风机)、流量计及管道中流动等流体静力学问题：差压计的流体、水封箱的水确定流体输送管道的直径，计算流动过程中产生的阻力和流体输送所需的动力。 根据电阻和流量等参数，测量输送设备的类型和型号、流体的流量和压力等。 精选、6、1.1流体的重要性质，1.1.1连续介质将气体和液体统称为流体。 流体由多个相互间具有一定间隙的单一分子构成。 物理化学(气体分子运动论)重点考察单一分子的微观运动，分子运动是一种随机而不规则的混乱运动。 该考察方法认为流体是不连续介质，应处理的运动是随机运动，问题非常复杂。 微团-连续介质-连续分布函数以物理性质和运动参数物理量为化工原理研究流体静止和流动状态规律时，流体常被认为是由无数质点组成的连续介质。 精选，7，7，1.1.2流体的密度和容积单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。 用来表示，单位为kg/m3。 =lim(m/V )式中-流体的密度、kg/m3； m-流体的质量、kg V-流体的体积、m3； V0时，将m/V的界限值称为流体内部的某点密度。精选、8、液体密度： .液体密度随压力几乎不变，随温度稍有变化，化工计算可视为常数。 纯液体的密度可以通过实验测定或用检索手册计算的方法求出。 混合液体的密度是在忽略混合体积的变化的条件下，式中i-液体混合物中的各纯成分的密度，kg/m3； i-液体混合物中各纯成分的质量分数。 精选、9、气体密度气体密度随压力和温度变化。 气体密度必须注明其状态。 纯气体的密度一般可以从手册中查找或计算出来。 如果压力不太高，温度不太低，可以换算成理想的气体：铮铮铮作响6 r-气体常数，其值为8.314 t-气体的绝对温度，k。精选、10、混合气体可以用平均摩尔质量Mm代替m计算：式中yi-各成分的摩尔分数(体积分数或压力分数)或：m=1y1 2y2 nyn， (下标0 铿铿锵锵锵=-v-1*dv/dp，Or:=-1*d/dp，流体体积随外力变化，压力增-体积小：压缩性，1.1.4流体的粘性流体流动时，层间的相互作用力称为剪切力，对相对流动产生阻力精选，12，1.2流体静力学基本方程，流体静力学主要是研究流体在外力(重力和压力)作用下达到平衡时(静止状态)的规律，研究流体流动的基本规律。 重力是恒定的，是内部压力变化的规律。 用数学公式描述的这个规律称为流体静力学的基本方程式。 精选，13，本节主要内容是1 .压力概念2 .静止流体内压在重力场的变化规律及其工程应用。 掌握重点：流体静力学基本方程的适用条件和工程应用实例。精选、14、1.2.1流体的受力以任意微体积流体为研究对象进行受力分析，受力有质量力(体积力)和表面力两种。 (1)质量力(体积力)与流体的质量成正比，质量力对于均质的流体也称为体积力。 流体在重力场受到的重力和离心力的场所受到的离心力是质量力。 (2)表面力的表面力与作用的表面积成正比。 单位面积的表面力叫应力。 精选、15、垂直于表面的力p，称作压力(法线力)的单位面积所受的压力称作压力p。平行于表面的力f称作剪切力(剪切力)，单位面积所受的剪切力称作应力。 精选，16，1.2.2流体的压力及其特性，定义：垂直于单位面积作用的表面力称为流体的静压力，简称压力。 流体的压力具有点特性。 工程中习惯把压力称为压力。 在SI中，压力的单位是帕斯卡，用Pa表示。 但是，习惯上也采用其他单位，它们之间的换算关系，压力的基准压力有不同的计量基准：绝对压力、表压力、真空度。 另外，1 ATM=1. 033 kgf/cm2=760 mmhg=10.33 MH2o=1. 0133 bar=1. 013105 pa _卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡653表面压力计的读取值表示被测定流体的绝对压力比大气压力高的数值。 即：表面压力=绝对压力-大气压力真空度计的读取值，表示被测定流体的绝对压力比大气压力低的数值。 即：真空度=大气压力-绝对压力绝对压力、表面压力、真空度的关系为右图、精选、18、流体压力具有以下两个重要特性流体中任意点的压力大小与选定的作用面在空间中的方位无关。精选、19、1.2.3流体静力学基本方程(Basicequationsoffluidstatics )、导出过程使用条件物理意义工程应用一、方程导出图1-3所示容器中装有密度的均质、连续非压缩静止液体。 流体受到的体积力仅为重力，z轴方向取与重力方向相反的方向。 若以容器底为基准水平面，则液柱上下面与基准水平面的垂直距离分别为Z1、Z2 . 现在，液体内部任意描绘着底面积为a的垂直液柱。 由于、图1-3流体静力学基本方程的导出、精选、20、(1)薄层的下底向上作用的总压力、PA(2)薄层的上底向下作用的总压力、(P dp)A(3)向下作用的重力、流体静止，因此在其垂直方向上受到的各力的代数和必须等于零， 简单得到：方程的导出，流体静力学基本方程的导出，精选，21流体静力学基本方程导出3360，在右图的两个垂直位置2和1之间积分上式的和g为常数，因此将图中的点1移动到液面上(压力p0)时，上式为：上的三式，统称为流体静力学基本方程。 静止液体内的压力分布，Pa，J/kg，精选，22，2，流体静力学基本方程式的讨论，(2)平衡计算基准的平衡计算基准不同，方程式形式不同：压力和压力差的大小可以用某种液体的液柱高度来表示，但必须注明是哪种液体。m、m、精选、23、(3)物理意义，(I )总电势保存重力场在同一静止流体中不同高度的微元件的静压能和位能各不相同，但其总电势不变： p1gzg1=p2gzg2精选、24、(ii )等压面静止同一水平面上各点的静压相等-等压面(静压只与垂直高度有关，与水平位置无关)必须正确确定等压面。 (静通，静同)静止液体内任意点的压力与该点距液面的距离呈线性关系，随着液面上方压力的变化，以相同大小变化。 (iii )传递法则的液面上的压力大小与液体整体相等。精选、25、1.2.4静力学基本方程的应用、流体静力学原理的应用广泛，是连通器和液柱差压计工作原理的基础，也用于容器内液柱的测量、液封装置、不相互溶液体的重力分离(倾析器)等。 解决问题的基本要领是正确确定等压面。 本节介绍液体在压力测量和液封高度的确定等方面的应用。精选、26、一、测量压力的仪表较多，仅介绍基于流体静力学基本方程的测压元件液柱差压计。 液柱差压计可测量流体中某点的压力，或测量2点间的压力差。 常见的液柱差压计有以下几种。精选、27、普通u型管压差计逆u型管压差计倾斜u型管压差计微压差计、常见液柱压差计、精选、28、(a )普通u型管压差计、p0、p0、0、p1、p2、r、a、b、u型管内在同一水平面上的a、b两点在连通的同一静止流体内，两点在静压相等*。 0指示剂密度； RU型差压表指示高度，m； p1-p2侧端差压、Pa。 如果被检测流体是气体，则其密度比指示液的密度小得多，上式为精选，29、(b )用于测定液体压差的倒u型管压差计，指示剂的密度0比被检测液体的密度小，u型管内的位于同一水平面上的a、b这两点处于连通的同一静止流体内，在两点处静压相等， 当从指示液的高度差r计算差压为0时，精选，30，(c )差压计在u字差压计的两侧臂的上端设置扩张室，其直径与u字管直径之比大于10。 当压力计中的两个指示剂的分配位置发生变化时，认为容器内的指示剂维持在同一水平，压力计中密度分别为01和02这两个指示剂，当存在微压力差p时，尽管两个扩大室的液面的高低差小到能够忽略的程度，但在u型管内能够得到大的r值一定的差压p、r值的大小与使用的指示剂密度有关，密度差越小，r值越大，读取精度也越高。 精选、31、图像密闭的室内设置了测量室内气压的u型压差计和监视水位高度的压力计。 指示剂为水银的u型差压计的读取值r为40mm，压力计的读取值p为32.5kPa。 试求：水位高度h。 解：根据流体静力学的基本原理，室外大气压为pa时，室内气压po在精选、32、2、液封高度、液封广泛应用于化工生产：控制器内压力不会随液封装置的液柱高度而变化或防止气体泄漏。 总是使用安全的液封装置(或者水封装置)，以使控制器内的气体压力不超过规定的数值，确保设备的安全，当气体压力超过规定的值时，气体从液封装置排出。 安全液封、精选、33、液封还可达到防止漏气的目的，且密封效果优异，比阀门严密。 例如，储气罐用水密封以防止漏气。 液封高度可通过静力学基本方程计算。 设器内的压力为p (表压)、水的密度为时，为了确保安全，必要的液封高度h0在实际安装时将管插入液面下的深度比计算值稍小，对于应该迅速排出超压力的后者比计算值稍大，严格地保证气体不泄漏、精选、34、总结密度具有点特性，液体密度几乎不随压力变化，随温度稍有变化的气体密度随温度和压力变化。 混合液体和混合液体的密度可以用公式估计。 和势能标准一样，静压也有标准。 工程常用绝对压力和表压力两个标准。 请注意，计算使用统一的压力标准。 压力具有点特性。 流体静力学研究在重力场中静止流体内部静压的分布规律。 流体静力学方程揭示了静止流体内部的压力分布规律和机械能守恒原理。 U形压力管或u形压差计的依据是流体静力学原理。 应用静力学的要点是正确选择等压面。精选、35、1.3流体流动概述(IntroductionofFluidFlow )、内容：稳态和非稳态流动的流量和流速、精选、36、非稳态流动：各截面的流体参数(流速、物性、压力)随位置和时间变化，T=f(x、y、z、t )。 稳态流动：各截面上的流动参数仅随空间位置的变化而变化，不随时间变化，T=f(x，y，z )。 在化工生产中多数是连续的稳态过程。 除了开车或停车以外，通常只在短时间内非稳定操作，稳定操作的情况较多。 本章着重讨论稳态流动问题。 流动系统的示意图，1.3.1稳定和非稳定的流动，精选，37，1.3.2流量和流速，另一方面，在流量单位时间内任意流通截面中流动的流体量，流量以体积流量、质量流量体积流量-qv表示，单位为m3/s。 以质量流量-QM表示，单位为kg/s。 qv=udA体积流量与质量流量的关系与qm=qv气体的体积及其状态有关，因此必须对气体的体积流量说明其温度t和压力p。 通常，换算成273.15K、1.0133105Pa的体积流量称为“标准体积流量(Nm3/h )”。精选、38、2、流速流体质点单位时间内沿流动方向流动的距离称为流速，用u表示，单位为m/s。 由于流体在管截面上的速度分布规律复杂(径向分布：中心最大，管壁为零)，工序上为了便于计算(着眼点)，流体的流速通常是指整个管截面的平均流速，即流体在单位时间内通过与流动方向垂直的单位管截面的流体体积。 在u=qv/A式中，A为与流动方向垂直的管截面积，m2。qv=uAqm=qv=uA，精选，39，流速为关键工程参数，在适当的经济流速、精选，40，质量流速g单位截面积的管道中流动的流体质量流量以g表示，其单位为kg/(m2s )，其中，G=qm/A=u或气体的体积随温度和压力而变化，管截面积随温度和压力而变化、精选、41，1.4流体流动的基本方程(Basicequationsoffluidflow )、*本节内容主要研究和学习流体流动宏观规律不同形式的能量变化等问题，其中包括(1)质量守恒规律连续性方程(2)能量守恒规律伯尔尼*在本节的学习中，应该学会用两个方程式来解决流体流动的计算问题：明确解决问题的运输设备的电力是什么？ 适用条件注意，精选，42，*本节的重点是以连续方程