化工原理液体流动ppt课件

.朱德春合肥大学化学与材料工程系化工原理第一章流体流动主要内容：流体静力学方程的基本概念及其应用机械能平衡方程和伯努利方程流体流动现象流动阻力计算管道计算流量测量，本章的目的是通过本章学习。重点掌握流体流动的基本原理和管道中流体流动的规律，并利用这些原理和规律来分析和解决与流体流动过程有关的问题，如：(1)流体输送流量的选择：管径的计算，流体输送机械的选择。(2)流量参数的测量：如压力和流速。(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。此外，非均质系统的分离和搅拌(或混合)都是流体力学原理的应用。流体流动定律是化学工业原理的重要基础。主要原因是：化学工业中的大多数介质是流体(便于连续生产过程工业)；流动对传热、传质和化学反应的影响；气体清洗设备示意图，流体动力学问题：流体(水和气体)在泵(或鼓风机)、流量计和管道等中流动。流体静力学问题：差压计中的流体和水封罐中的水决定流体输送管道的直径，计算流动过程中产生的阻力和输送流体所需的功率。根据阻力和流量等参数，选择输送设备的类型和型号，测量流体的流量和压力。1.1流体的重要特性1.1.1连续介质假设气体和液体统称为流体。流体由大量的单个分子组成，分子之间有一定的间隙。在物理化学(气体分子运动理论)中，研究单个分子的微观运动是很重要的。分子的运动是随机和不规则的混沌运动。这种研究方法认为，流体是一种不连续的介质，要处理的运动是一种随机运动，问题将非常复杂。胶束-连续介质-连续分布函数描述物理性质和运动参数。在研究化学工程原理中流体在静态和流动状态下的规律性时，流体通常被认为是由许多粒子组成的连续介质。流体的密度和每单位体积流体的质量称为流体密度。以kg/m3表示。=lim(m/V)，其中-流体密度，kg/m3；M -流体质量，kg；V -流体体积，m3；当V0时，m/V的极限值称为流体中某一点的密度。液体的密度33，360 液体的密度几乎不随压力而变化，但随温度稍有变化，这在化学计算中通常可视为常数。纯液体的密度可以通过实验来测量，也可以通过查阅手册来计算。混合液体的密度可通过以下公式估算(基于1kg混合液体)，即I-在忽略混合体积变化的情况下，液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3。I-液体混合物中每种纯组分的质量分数。气体的密度气体的密度随着压力和温度而变化。气体的密度必须表明它的状态。纯气体的密度通常可以从手册中找到或计算出来。当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体换算：、公式中的P-气体绝对压力，Pa(或其他单位)；的M-气体的摩尔质量，kg/kmol；R气体常数，其值为8.314；t-气体的绝对温度，k。对于混合气体，可以用平均摩尔质量Mm代替m来计算：在公式yi -每个组分的摩尔分数(体积分数或压力分数)或 m= 1y1 2y2. nyn，(下标0表示标准状态)或比容(v):密度的倒数，m3/kg，1.1.3流体的可压缩性和不可压缩性，=-v-1*dv/dp，Or:=-1*d/dp。在外力的作用下，流体的体积发生变化，压力增加体积很小：可压缩性。1.1.4流体中的粘性流体流动时，相互作用力1.2流体静力学基本方程流体静力学主要研究流体在外力(重力和压力)作用下达到平衡(静态)的规律，这是研究流体流动的基本规律。然而，恒定重力实际上是其内部压力的变化规律。这个由数学表达式描述的定律被称为流体静力学的基本方程。1.压力的概念；2.重力场中静态流体内压的变化及其工程应用。重点是：掌握基本流体静力学方程的适用条件和工程应用实例。嘿。 1.2.1流体的力以任何微元体积的流体为研究对象，进行力的分析。它受到两种类型的力：质量力(体积力)和表面力。(1)质量力(体积力)与流体质量成正比。质量力也称为均质流体的体积力。例如，施加在重力场中的流体上的重力和施加在离心力场中的离心力都是质量力。(2)表面力表面力与表面积成正比。单位面积的表面力叫做应力。垂直于表面的力称为压力(法向力)。单位面积的压力称为压力；(2)平行于表面的力f，称为剪切力(shear force)；单位面积的剪切力称为应力。1.2.2流体压力及其特性，定义：垂直作用在单位面积上的表面力称为流体静压，简称压力。流体的压力具有点特性。工程中通常称之为压力。在国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，用帕表示。但是，通常使用其他单位，它们之间的换算关系是：压力的参考压力有不同的测量标准：绝对压力、表压和真空度。1 ATM=1.033 kgf/cm2=760 MMHg=10.33 mH2O=1.0133 bar=1.0133105 Pa，压力表上的读数表明被测流体的绝对压力高于大气压力，即：表压=绝对压力-大气压力真空表读数，表明被测流体的绝对压力低于大气压力，即：真空=大气压力-绝对压力绝对压力，表压与真空度的关系如图所示。流体压力有以下两个重要特征：流体压力处处垂直于其作用面，并总是指向流体的作用面；(2)流体中任意点的压力与空间中选定作用面的方向无关。1.2.3基本流体静力学方程，推导过程一物理意义的工程应用。方程推导图1-3所示容器包含密度为的均匀、连续不可压缩静态液体。例如，作用在流体上的体积力只是重力，而Z轴方向与重力方向相反。如果以容器底部为基准水平面，液柱上下底面与基准水平面之间的垂直距离分别为Z1和Z2。目前，底部面积为A的垂直液柱是在液体中随机抽取的。图1-3基本流体静力学方程的推导，(1)作用在薄层下底部的总压力向上，PA(2)作用在薄层上底部的总压力向下，以及(P dp)A(3)作用向下的重力。由于流体处于静态，其垂直方向上的力的代数和应该等于零，这可以简化为：方程推导、基本流体静力学方程推导、基本流体静力学方程推导、右图中两个垂直位置2和1之间的定积分。由于总和g是常数，如果图中的点1移动到液面(压力p0)，上述公式变为：上述三个公式统称为基本流体静力学方程。静态液体中的压力分布，帕，焦耳/千克，2。流体静力学基本方程的讨论，(1)适用于条件重力场中静态的、连续的不可压缩流体(或压力变化很小的可压缩流体，密度可以近似平均)。(2)计算依据不同，方程形式也不同：压力或压差可以用某一液体的液柱高度来表示，但必须有指标，m，m，(3)物理意义，(1)总势能守恒在同一静态流体中，不同高度的重力场微元的静压能和势能是不同的，但其总势能保持不变：P1gz1=p2gz2 ,(ii)在相同的静态和连续液体中，等压面的静态压力在同一水平面等压面上的每一点都是相等的(静态压力只与垂直高度有关，而与水平位置无关)，因此等压面应该正确确定。(静态打开，静态打开)静态液体中任一点的压力与该点与液面之间的距离成线性关系，并且与液面上方的压力变化幅度相同。(三)转移定律液面上的压力在液体中均匀分布。1.2.4基本静力学方程和流体静力学原理的应用被广泛使用。它是连通装置和液柱差压计工作原理的基础。它还用于测量容器中的液柱、液体密封装置、不混溶液体的重力分离(倾析器)等。解决问题的基本依据是正确确定等压面。本节介绍其在测量液体压力和确定液封高度方面的应用。有许多测量压力的仪器。现在只介绍液柱差压计，这是一种基于流体静力学基本方程的压力测量仪器。液柱差压计可以测量流体中某一点的压力，也可以测量两点之间的压差。有以下常见的液柱差压计。普通U型管差压计倒U型管差压计倾斜U型管差压计微型差压计普通液柱差压计(A)普通U型管差压计P0、P0、0、P1、P2、R、A、B、U型管A、B位于同一水平面上，处于同一静止流体中相互连通，两点静压相等*，其中为工作介质密度；0指示器密度；RU指示高度的U形差压计，m；P1-p2侧端压差，帕。如果被测流体为气体，其密度远低于指示液体的密度，上述公式可简化为：(B)倒U形管差压计用于测量液体的压差，指示密度比被测液体的密度小0，U形管内同一水平面上的A点和B点处于同一静止流体中，相互连通， 两点处的静压相等，压差由指示液的高度差R计算，如果为0、(c)差压计在U形差压计两侧臂的上端装有膨胀室，其直径为U形管当两个指示器在测压管中的分布位置改变时， 膨胀容器中的指示器可以被认为保持在相同的水平，并且差压计填充有密度分别为01和02的两个指示器。 当存在微小的压力差P时，尽管两个膨胀室之间的液位差非常小并且可以忽略不计，但是在U形管中可以获得更大的R读数。对于一定的压差p，r的值与所用指示剂的密度有关。密度差越小，r值越大，读数精度越高。如图所示，封闭房间配有一个测量室内空气压力的U形压差表和一个监测水位的压力表。以水银为指示器的U型差压计读数R为40毫米，压力表读数P为32.5千帕。试着找出：水位h。解决方法：根据流体静力学的基本原理，如果室外气压为千帕，室内气压为千帕。第二，液封高度在化工生产中广泛使用：通过液封装置液柱的高度，控制器内的压力保持不变或防止气体泄漏。为了使控制器中的气体压力不超过给定值，通常使用如图所示的安全液体密封装置(或水封装置)。其目的液体的密度基本上不随压力变化，但随温度略有变化。气体的密度随温度和压力而变化。混合液体和混合液体的密度可以通过公式来估计。像势能参考一样，静压也有参考。绝对压力和表压是工程中常用的两个基准。在计算中，应注意使用统一的压力参考。压力具有点特性。流体静力学是研究重力场中静态流体中静压力的分布规律。流体静力学方程表示静流体中的压力分布规律或机械能守恒原理。U形压力计或U形差压计基于流体静力学原理。应用静力学的关键是正确选择等压面。1.3流体流动简介，内容：稳定和非稳定流率，流速，非稳定流：各段流体的相关参数(如流速，物理性质，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只随空间位置的变化而变化，不随时间变化，T=f(x，y，z)。化学生产主要是一个连续的稳态过程。除了启动和停止之外，操作通常在短时间内不稳定，大多处于稳定状态。本章重点介绍稳态流量。流动系统示意图，1.3.1稳定和非稳定流动。1.3.2流速和流量，1。每单位时间流经任何流动部分的流体量。流量有两种测量方法：体积流量、质量流量、体积流量(单位为立方米/秒)，质量流量(单位为千克/秒)，质量流量(单位为千克/秒)，质量流量(单位为千克/秒)，质量流量(单位为千克/秒)和质量流量(单位为千克/秒)是：质量流量=质量流量。由于气体的体积与其状态有关，因此气体的体积流量必须注明其温度和压力。273.15K和1.0133105 pa的体积流量通常称为“标准体积流量(Nm3/h)”。流体颗粒在单位时间内沿流动方向移动的距离称为流速，以U和m/s表示。管段上流体的速度分布相对复杂(径向分布：中心最大，管壁为零)。为便于工程计算(起点)，流体速度通常指整个管段的平均速度，即单位时间内垂直于流向通过单位管段的流体体积。表达式为：u=qv/A，其中A是垂直于流向的管道横截面积，m2。因此，qv=uAqm=qv=uA，适当的经济流量，质量流量g以g表示，单位为kg/(m2 . s)。它的表达式是：G=qm/A=u，因为气体的体积随温度和压力而变化。在管道截面积不变的情况下，气体的流量也发生变化。使用质量流量给计算带来了方便。本节的主要内容是研究和学习流体流动的宏观规律以及如何转换不同形式的能量，包括：(1)质量守恒定律连续性方程(2)能量守恒定律伯努利方程的推导思路、适用条件、物理意义和工程应用。*本节的学习要求学习使用两个方程来解决与流体流动相关的计算问题。等式-记得灵活应用高位水箱的安装高度吗？物理意义输送设备清楚地解决问题的能力？适用条件-注意、本节重点介绍连续方程和伯努利方程，掌握用伯努利方程解决问题的推导思路、适用条件、要点和注意事项。通过实例加深了对这两个方程的理解。*本节没有困难，但在应用伯努利方程计算流体流动问题时，应特别注意流动的连续性、上游和下游截面选择的正确性以及参考水平面。正确确定平衡范围(选择上游和