青岛科技大学化工原理Ch1-流体流动

1、流体流动绪论化工原理的主要任务是研究化工生产中各类物理操作问题的基本 、典型设备的 原理、操作 和 计算。质量衡算、能量衡算和动量衡算是化工原理中分析问题采用的基本方法。衡算的一般步骤是：首先确定衡算 ，其次是确定衡算 和衡算 ，最后按衡算的 进行计算 化工常用的单元操作是以 、 和 三种传递过程为基本理论基础。 (范围，对象，基准，通式)(原理，结构，性能，设计)(质量传递，能量传递，动量传递)流体流动niiinnmyyyy12211)(气体混合物密度：气体混合物密度：液体混合物密度：液体混合物密度：niiinnmxxxx122111 组分的体积分数。组分的体积分数。iiyix 组分的质量分

2、数。组分的质量分数。i绝对压力绝对压力 绝对压力绝对压力 绝对真空绝对真空 表压表压 真空度真空度 2p当地大气压当地大气压 表压强表压强 = 绝对压强绝对压强 大气压强大气压强真空度真空度 = 大气压强大气压强 绝对压强绝对压强真空度真空度= -表压表压 BBA21gzgRpp当管子平放时：当管子平放时：gRppBA21流体静力学方程：流体静力学方程：流体的内摩擦力流体的内摩擦力: 运动着的流体内部运动着的流体内部相邻两流体层间的作用相邻两流体层间的作用力力 又称为又称为剪切力或粘性力。剪切力或粘性力。 流体阻力产生的依据流体阻力产生的依据流体受内摩擦力作用时，本身抵抗形变的物理特性称之为粘

3、性。流体受内摩擦力作用时，本身抵抗形变的物理特性称之为粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为衡量流体粘性大小的物理量称为粘度粘度。牛顿粘性定律牛顿粘性定律yuAFAyuF或l 粘度粘度的影响因素的影响因素 ： =f ( =f ( T T、P P、物质种类物质种类 ) )液体：液体：T T分子间距离分子间距离引力引力液体的液体的气体：气体：T T分子的混乱运动和碰撞分子的混乱运动和碰撞 du Re层流（层流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 4000时，有时出现层流，有时出现湍流，或者是时，有时出现层流，有时出现湍流，或者是二者交替出现，为外界条件决定，称为过渡区。二者

4、交替出现，为外界条件决定，称为过渡区。流型只有两种：流型只有两种：层流和湍流层流和湍流。质量衡算质量衡算连续性方程连续性方程对于稳态流动：输入量对于稳态流动：输入量= =输出量输出量 2121221ddAAuu柏努利方程式柏努利方程式 能量守恒能量守恒fehpugZWpugZ2222121122feHguzgpHguzgp2222222111 1. 1.步骤步骤(1) (1) 绘制流程图，标出流向绘制流程图，标出流向(2) (2) 确定上下游截面确定上下游截面 (3) (3) 选择基准水平面选择基准水平面(4) (4) 列柏努利方程求解列柏努利方程求解流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力1

5、流动阻力产生的原因流动阻力产生的原因 流体有流体有黏性黏性，流动时产生内摩擦，流动时产生内摩擦阻力产生阻力产生根源根源 固体表面促使流动流体内部发生固体表面促使流动流体内部发生相对运动相对运动提供了流动阻力产提供了流动阻力产生的生的条件条件。 流动阻力大小与流体本身流动阻力大小与流体本身物性物性（主要为（主要为，）、）、壁面形状壁面形状、尺尺寸及流动状况寸及流动状况等因素有关。等因素有关。kgJ,22udlhf直管阻力直管阻力-范宁公式范宁公式 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.0

6、06 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re 莫莫狄狄（Moody）图图层层流流区区Re64 过渡区阻力平方区 d Re, d 22fudlh)Re7 .182lg(2-74. 11d15非圆直管流动阻力非圆直管流动阻力 当量直径当量直

7、径 ed润润湿湿周周边边长长度度流流通通截截面面积积水水力力半半径径 44ed套管环隙套管环隙: : 21dd)()(44212221ddddde212221ddddkgJ,22eudlhf直径直径d d的圆筒的圆筒: : dddrde2444水力1.5.2 摩擦系数摩擦系数的确定的确定d不可用于管道截面积的计算不可用于管道截面积的计算2)(2udllhhhecefff 管路系统的总能量损失管路系统的总能量损失总能量损失总能量损失= 全部直管阻力全部直管阻力 + 全部局部阻力全部局部阻力22udllhhhefff 2)(2udlhhhfff 1e则突然扩大出口，5 . 0c则突然缩小进口，17

8、（四）降低管路系统流动阻力的途径（四）降低管路系统流动阻力的途径 尽可能缩短管路长度，减少不必要的管件和阀门尽可能缩短管路长度，减少不必要的管件和阀门 24dVus 52218)(dVllhsef 在在 不变的情况下，适当增大管径不变的情况下，适当增大管径 sV 降低流体的粘度降低流体的粘度 1.5.3 局部阻力局部阻力1在一个容器中，盛有苯和甲苯的混合物。已知苯的质在一个容器中，盛有苯和甲苯的混合物。已知苯的质量分率为量分率为0.4，甲苯为，甲苯为0.6 ，求，求293K 时容器中混合物的密时容器中混合物的密度？度？解：在293K 时，苯= 879kg / m3 ，甲苯= 867kg / m

9、3。在 293K 时，苯和甲苯的混合物的密度为：8676 . 08794 . 01BwBAwAxx所以，m=872kg /m3 流体输送机械流体输送机械1 1、离心泵的工作原理、离心泵的工作原理吸入排液“气缚”现象离心泵的工作原理可由两个过程说明。排液过程：启动前泵内灌满液体，叶轮带动液体高速旋转并产生离心力，在离心力作用下液体从叶片间排出并在蜗牛形壳体内汇集。由于壳体内流道渐大，部分_压头转化为静压头，在泵的出口处液体获得较高的静压头而排液。吸液过程：离心泵在排液过程中，叶轮中心处（包括泵入口）形成_区，由于被吸液面压强的作用，产生压强差，从而保证了液体连续不断地吸入叶轮中心。离心泵的主要部件有如下三部分:_,_,_；其工作点是_曲线与_曲线的交点。 b. b. 允许吸上真空度允许吸上真空度H Hs s ：10,2102fsagHguHgPgPHa. a. 允许气蚀余量允许气蚀余量NPSH NPSH ：10,0fVgHNPSHgPgPH离心泵的安装高度离心泵的安装高度指标：指标：允许气蚀余量允许气蚀余量NPSH允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs离心泵的工作点离心泵的工作点：泵的性能：泵的性能曲线曲线( (H H Q Q 线线) )与管路特性曲线与管路特性曲线 ( (H He eQ Q 线线) )的交