食品工程原理-流体流动1.2教学内容

1、聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系食品工程原理-流体流动1.2聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系一、不可压缩流体的能量衡算聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系（1）位能：）位能：质量为m的流体距基准水平面高度为z时的位能为mgz。单位为J。一、不可压缩流体的能量衡算（2）动能：）动能：质量为m，流速为u的流体所具有的动能为 。 单位为J。221mu聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系(3)静压能静压能 (压强能压强能)： 将流体压入流体某截面对抗前方流体的压力所做的功。静压能单位：=.=.=32JmNmmNpV质量为m，体积为V，压力为p的流体截面处的力F=

2、p.A流体前行的距离：l=V/A流体进入该截面所需功：F.l=pV一、不可压缩流体的能量衡算聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 (4) (4)外功：外功：由流体输送设备(泵或压缩机等)向流体作功,流体便获得了相应的机械能，称为外功或有效功。单位质量(1kg)流体所获得的外加机械能，以w表示，单位为J/kg。对质量m 的功为W。一、不可压缩流体的能量衡算聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系(5)内能：流体分子内部具有的能量内能：流体分子内部具有的能量对单位质量(1kg)流体所具有的内能以e表示，单位为J/kg。质量m 的内能为U。（6 6）热量：）热量：换热器向1kg流体提供的

3、热量为q (J/kg)。对质量m 交换热量为Q。 一、不可压缩流体的能量衡算聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系qeWep2,u2,2p1,u1,1221100z2z1衡算范围：1-1、2-2截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：m kg流体基准面：0-0水平面聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系221122211gg2211122Em zmupVWQEm zmupV 质量为质量为m 的流体能量衡算的流体能量衡算一、不可压缩流体的能量衡算单位质量流体能量衡算单位质量流体能量衡算222112211gg2211212pVp Vezuwqezumm 221122211gg2211 12

4、2ezup vwqezup v 比容比容/比体积比体积稳态流动过程的总能量衡算方程 聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系一、不可压缩流体的能量衡算单位质量流体单位质量流体 能量衡算能量衡算222112211gg2211212pVp Vezuwqezumm 221122211gg2211 122ezup vwqezup v 比容比容/比体积比体积稳态流动过程的总能量衡算方程 22112211gg221212ppezuwqezu 聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系焓焓 h：热力学概念，压力一定的情况下，衡量一个系统的能量多少的指标。J/kg一、不可压缩流体的能量衡算2211221

5、1gg2212hzuwqhzuphepve 21g2wqhzu 聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1.机械能的转换与损失上式中所包括的能量机械能动能位能压力能（流动功）外功内能和热聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系对于单纯的流体流动，体系与外界没有热交换，q=0。由于流体的黏性作用，流体输送过程中还消耗部分机械能，将其转化为流体的内能，这部分称为摩擦损失或水头损失摩擦损失或水头损失 。1.机械能的转换与损失聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系22112211gg221221ppzuwzuee 22112211gg2212fppzuwzul 221122112g2g1

6、2fppzuHzuhgg J/kgJ/N、m压头、扬程压头、扬程单位质量流单位质量流体摩擦损失体摩擦损失单位重量流单位重量流体摩擦损失体摩擦损失工程伯努利工程伯努利 (Bernoulli)方程方程22112211gg221212ppezuwqezu 聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2.理想流体的伯努利方程对于理想流体的流动，无外功加入。 22112211gg2212fppzuwzul 22112211gg2212ppzuzu 理想流体伯努利理想流体伯努利 (Bernoulli)方程方程聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系pugzpugz22221211+21+=+21+3.

7、流体静力学方程若流体处于静止若流体处于静止 说明伯努利方程既表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律 。1212ppgzgz聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系3.流体静力学方程pgz 常数常数0ppgh 等压面静力学基本方程式可改写为 21pphg 因此，压差的大小可用一定的液柱高度来表示 聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 应注意，液柱高度表示压差大小时必须指明是何种液体。3.流体静力学方程聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系 静力学方程式仅适用于连通着的同一种连续的不可压缩静止流体。 3.流体静力学方程聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系例例: :2

8、P0P1Ph1hP0 P1 P2P1= ? P2=?聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为 Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系U形压差计形压差计 设指示液的密度为0，被测流体的密度为。 A与A面 为等压面，即AApp )(1RmgppAgRgmppA02而p1p2mRAA聊城大学东昌学院化生系聊城大学东

9、昌学院化生系所以120()pg mRpgmgR整理得120- -p p()gR 若被测流体是气体， ，则有0 120-p pgR聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系指示液的选取指示液的选取l 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；l 指示液密度要大于被测流体密度。 120-(- )p pgR 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。 常用指示液:汞、四氯化碳、水、液体石蜡聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4伯努利方程的应用 利用伯努利方程与连续性方程，可以确定： 确定管道中流体的流量流量 确定容器间的相对位置相对位置 确定管道中流体的压力压力 确定输送设备的有效功率有效

10、功率 测定流体流经管道时的能量损失能量损失聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系（1）根据题意绘制流动系统示意图标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围 。选取截面l 与流体的流动方向相垂直；l 两截面间流体应是稳态连续流动；l 截面宜选在已知量多、计算方便处。 伯努利方程使用步骤伯努利方程使用步骤聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系（3）各物理量的单位应保持一致,推荐采用SI制，使结果简化。压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。 （4）如果两个横截面积相差很大，如大截面容器和小管子，则可取大截面处的流速为零。（2）选取位能基准面l基准面必须是水平面，原则上可以任意选定。l通