化工原理：1-2-1流体动力学

1、第二节第二节 流体动力学流体动力学化化 工工 原原 理理连续性方程连续性方程2柏努利方程的应用柏努利方程的应用4流体流动的基本概念流体流动的基本概念3 1柏努利方程柏努利方程3 3主要内容主要内容 注意注意:本章的核心本章的核心!化化 工工 原原 理理流量与流速1、流流 量量：1)体积流量体积流量：2)质量流量质量流量：3)体积流量与质量流量的关系： ws=Vs 单位时间内流过管道任一截面的流体量。 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，称为体积流量，以Vs表示，单位为m3/s或m3/h。 单位时间内流经管道任意截面的流体质 量，称为质量流量，以ws表示，单位为kg/s 或kg/h。 化化 工

2、工 原原 理理流量与流速2、流速流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。 点速度点速度：流体流过截面某一点的速度。以ur表示。 平均流速平均流速：流体在截面各点速度的平均值。 单位为m/ s 。习惯上，平均流速简称为流速。3、流量与流速的关系为：、流量与流速的关系为：AVuAVuss3600或uAVwss化化 工工 原原 理理流量与流速4、管径的初选：、管径的初选：目的：目的：流速大，管径小，阻力增加，动力消耗大，操 作费用高；流速小，管径大，操作费用减少，基建 费用上升。udAuVs24uVds4 流体的流速根据经验选取，见29页表2-2（流速与流体性质、操作条件有关）。圆整：圆整

3、：根据计算的管径选取与其相近的标准管。化化 工工 原原 理理流量与流速例2-4：20的水经管道输送，每小时输送72吨，试对输水管管径进行初选。解：20水密度=998.2/m31000/ m3 取u=1.5,则取D125普通管。smwVss302. 0360010001000723600mmmd13013.05 .102.04管材标准化化 工工 原原 理理定态流动与非定态流动流动系统中，若任一截面上流体的性质（密度、粘度等）和流动参数（流速、压力等）不随时间改变，则此种流动称定态流动定态流动，否则称非定态流动非定态流动。返回返回化化 工工 原原 理理物料衡算连续性方程 连续性方程即流体做定态流动

4、时的物料衡算式。 如图所示的定态流动系统，流体连续地从1-1截面进入，2-2截面流出，且充满全部管道。以1-1、2-2截面以及管内壁为衡算范围，在管路中流体没有增加和漏失的情况下，进行物料衡算。化化 工工 原原 理理连续性方程衡算范围：衡算范围：截面1-1至2-2截面衡算基准：衡算基准：单位时间列式：列式：推广至任意截面 21ssww 2211ssVV222111AuAu常数uAAuAuVs2211圆形管道 不可压缩流体常数uAAuAuws2221112121221ddAAuu222211dudu化化 工工 原原 理理连续性方程例：水泵汲入管为Dg80的水管，出水管为Dg70的水管。吸入管中水

5、的流速为1.2m/s。试求压出管中水的流速。解：Dg80:88.54mm Dg70:75.53.75mmmmd5 .801mmd682222112dduusmdduu/68. 12 . 1)685 .80(2222112返回返回化化 工工 原原 理理能量衡算柏努利方程 柏努利方程是流体定态流动时的机柏努利方程是流体定态流动时的机械能衡算式，它反映了流体在流动过程械能衡算式，它反映了流体在流动过程中，各种形式机械能的相互转换关系。中，各种形式机械能的相互转换关系。注意：柏努利方程为注意：柏努利方程为 本章的核心！本章的核心！化化 工工 原原 理理柏努利方程的推导1、流体流动时的能量形式、流体流动

6、时的能量形式1）内能内能：贮存于物质内部的能量。设1kg流体具有的内能为U，其单位为J/kg。2）位能位能：流体受重力作用在不同高度所具有的能量称为位能。将质量为m kg的流体自基准水平面 0-0升举到Z处所做的功，即为位能。 位能=mgZ 1kg的流体所具有的位能为gZ，其单位为J/kg。3）动能动能：流体以一定速度流动，便具有动能。 1kg的流体所具有的动能为 ，其单位为J/kg。221mu动能221u化化 工工 原原 理理柏努利方程的推导4）静压能静压能：流体在压强p下所具有的能量。即指流 体因被压缩而能向外膨胀而作功的能力。 如图所示流动系统，由于在1-1截面处流体具有一定的静压力，流

7、体要通过该截面进入系统，就需要对流体做一定的功，以克服这个静压力。换句话说，进入截面后的流体，也就具有与此功相当的能量，这种能量称为静压能。其大小为 。单位质量流体所具有的静压能为 ，单位为J/kg。ppV化化 工工 原原 理理柏努利方程的推导 5）热热 若管路中有加热器、冷却器等，流体通过时必与之换热。设换热器向1kg流体提供的热量为Q，其单位为J/kg。 6）外功外功 在流动系统中，如果还有流体输送机械（泵或风机），则会向流体作功，1kg流体从流体输送机械所获得的能量称为外功或有效功，用We表示，其单位为J/kg。化化 工工 原原 理理柏努利方程的推导2、实际流体的机械能衡算、实际流体的机

8、械能衡算 衡算范围：1-1至2-2截面以及管内壁所围成的空间 衡算基准：1kg流体 基准水平面：0-0水平面 1kg流体损失的机械能为hf 离心泵为1kg流体提供的能量为We由能量守衡定律，列式得fehpugzWpugz222212112121化化 工工 原原 理理说明与讨论1、流体流动时没有泵及能量损失，即 ， ， 则0eW该式说明：理想流体流动时，动能、位能、静压能 相互转化并守衡。0fh)(212122221211理想流体pugZpugZ2、u1=u2=0时， 或2211pgZpgZ)(2112zzgpp该式说明：流体静止时，位能与静压能可相互转化。 化化 工工 原原 理理说明与讨论3、

9、各项的单位：J/kg4、截面的选取： 与流体流动方向垂直； 按流动方向选取上、下游截面； 已知参数充分，未知参数可通过其它关系求出。5、水平基准：与水平面平行。6、可压缩流体： 时，可按柏努利方程计 算，密度取平均密度。%20121ppp化化 工工 原原 理理说明与讨论7、流体输送设备： 轴功率N：电机传给泵轴的功率。 有效功率Ne：从电机提供的功中流体获得的有 效能量。 效率： %100NNeesWwNe化化 工工 原原 理理说明与讨论8、三种形式的柏努利方程：1）1kg流体为基准： （J/kg）2）1N流体为基准： （J/N）3）1m3流体为基准： （J/m3）fehpugZWpugZ222212112121feHgpguZHgpguZ2222121122fhpugZWepugZ2222121122化化 工工 原原 理理小 结1、体积流量与质量流量、流量与流速的关系。2、连续性方程； 当管路中管径发生变化时，要用到连续性方程。3、三种形式的柏努利方程。AVusssVw 222211dudu化化 工工 原原 理理返回返回化化 工工 原原 理理习 题 水平导管均匀地从300mm缩小到200mm(均 为内径).在管中流过20常压的甲烷(过程中甲烷的 密