化工操作流体动力学

1、复习复习复习复习复习复习 流体静力学流体静力学 流体动力学的研究内容是流体在什么条件下流动，流动过程中有关物理量（压强、流速等）如何变化，流体流动需要多少外功等。为了解决好这些问题，必须研究流体动力学。 一、流量与流速一、流量与流速一、流量与流速一、流量与流速一、流量与流速一、流量与流速 1、流量、流量 单位时间内流过管道任一截面的流体量单位时间内流过管道任一截面的流体量 体积流量：体积流量：qv VS ，m3/s 质量流量：质量流量：qm，kg/sqvqm 2、流速、流速 单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速流速 u ，m/s平均流速：平均

2、流速：Aqvu 管内各点流速不同管内各点流速不同tV在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其在流动过程中，液体的密度是不变的，当管径不变时，其流速保持不变流速保持不变流速保持不变流速保持不变流速保持不变流速保持不变 例。在一个截面积为例。在一个截面积为0.1m2管道中输送相管道中输送相对密度为对密度为1.84的硫酸，要求每小时输送硫的硫酸，要求每小时输送硫酸的质量为酸的质量为662.4t

3、,求该管道中硫酸的体积求该管道中硫酸的体积流量和流速。流量和流速。流量与流速的关系为：流量与流速的关系为： uAqvuAmq3.管径的估计 对于圆形管道：对于圆形管道：24dA24dVuS即，udqv4管道直径的计算式管道直径的计算式流量一定时，流速越大，管径越小流量一定时，流速越大，管径越小输送任务输送任务适宜流速（表适宜流速（表2-1u785. 0qv二、流体定常流动过程的物料衡算二、流体定常流动过程的物料衡算二、流体定常流动过程的物料衡算二、流体定常流动过程的物料衡算二、流体定常流动过程的物料衡算二、流体定常流动过程的物料衡算 连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程

4、流动系统流动系统定常流动定常流动流动系统中流体的流速、压流动系统中流体的流速、压强、密度等有关物理量仅强、密度等有关物理量仅随随位置位置而改变，而而改变，而不随时间不随时间而而改变改变非定常流动非定常流动上述物理量不仅随位置而且随上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动时间变化的流动1、定常流动与非定常流动、定常流动与非定常流动稳定流动装置稳定流动装置1进水管进水管 2贮水槽贮水槽 3排水管排水管 4溢流管溢流管2 2 2、连续性方程、连续性方程、连续性方程、连续性方程、连续性方程、连续性方程在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算衡算范围衡算范围：取管内壁截面：取管内壁截面1-1与截面与

5、截面2-2间的管段间的管段衡算基准衡算基准：1s列衡算式列衡算式： 21q mmquAqvmq把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：把这一关系推广到管路系统的任一截面，有： 常数uAAuAuWS222111若流体为若流体为不可压缩流体不可压缩流体 常数uAAuAuWVSS2211注意：注意：上面两个式子的上面两个式子的适用条件适用条件222111AuAu即即对于圆形管道，对于圆形管道，22221144dudu21221dduu表明：表明：当体积流量当体积流量VS一定时，管内不可压缩流体的一定时，管内不可压缩流体的流速与管径的平方成反比流速与管径的平方成反比练习练习：若：若d1=10m，d2=

6、100mm，u2=2m/s，求，求u122121uddusm/1022101 . 042结论：若结论：若d1d2，则，则u10三、流体定常流动过程的机械能衡算三、流体定常流动过程的机械能衡算三、流体定常流动过程的机械能衡算三、流体定常流动过程的机械能衡算三、流体定常流动过程的机械能衡算三、流体定常流动过程的机械能衡算 柏努利方程柏努利方程柏努利方程柏努利方程柏努利方程柏努利方程1、理想流体定常流动时的机械能衡算、理想流体定常流动时的机械能衡算 1 1）流动流体具有的机械能形式）流动流体具有的机械能形式流体因处于重力场相对于基准面而具有的能量流体因处于重力场相对于基准面而具有的能量位能位能质量为

7、质量为m流体的位能流体的位能 )(JmgZ单位质量流体的位能单位质量流体的位能 )/(kgJgZ1N流体所具有的位能流体所具有的位能 )m(Z流体以一定的流速流动而具有的能量流体以一定的流速流动而具有的能量动能动能质量为质量为m，流速为，流速为u的流体所具有的动能的流体所具有的动能 )(212Jmu单位质量流体所具有的动能单位质量流体所具有的动能 )/(212kgJu静压能（流动功）静压能（流动功） 通过某截面的流体具有的用于克服压力功的能量通过某截面的流体具有的用于克服压力功的能量现象：现象：1N流体所具有的动能流体所具有的动能 )(212mug设质量为设质量为m，体积为，体积为V的流体通过

8、截面的流体通过截面1-1pA流体通过截面所走的距离为：流体通过截面所走的距离为： AV /则流体带入系统截面的静压能为：则流体带入系统截面的静压能为： AVpA)(JpV单位质量流体所具有的静压能为：单位质量流体所具有的静压能为： mVp)/(kgJpv把该流体推进此截面所需的作用力为：把该流体推进此截面所需的作用力为： p2 2）理想流体的机械能衡算）理想流体的机械能衡算 柏努利方程（柏努利方程（BernalliBernalli）11A、划定衡算范围、划定衡算范围B、取衡算的基准、取衡算的基准1kg流体、流体、0-0截面的高度为截面的高度为0m00z122z2C、列等式、列等式对于理想流体，

9、当没有外加功时对于理想流体，当没有外加功时2222121122pugZpugZ柏努利方程柏努利方程 3 3）柏努利方程的讨论）柏努利方程的讨论A、机械能之间的相互转化、机械能之间的相互转化(如前图）如前图）B、可还原为流体静力学方程、可还原为流体静力学方程C、对气体当其压强变化不大时可用平均密度、对气体当其压强变化不大时可用平均密度带入上式带入上式D、方程左右两边压强、方程左右两边压强同用绝压同用绝压，或，或同用表压同用表压不同衡算基准下的机械能形式不同衡算基准下的机械能形式不同衡算基准下的机械能形式不同衡算基准下的机械能形式不同衡算基准下的机械能形式不同衡算基准下的机械能形式gpguZgpg

10、uZ22221211222222121122pugZpugZ2222121122pugZpugZ单位单位质量质量流体为衡算流体为衡算基准，基准，J/kg单位单位重量重量流体为衡算流体为衡算基准，基准，J/N=m单位单位体积体积流体为衡算流体为衡算基准，基准，J/m3=Pa小结小结小结小结小结小结 1、连续性方程、连续性方程 2、理想流体柏努利方程不同衡算基准、理想流体柏努利方程不同衡算基准的表达式的表达式gpguZgpguZ22221211222222121122pugZpugZ2222121122pugZpugZ单位单位质量质量流体为衡算流体为衡算基准，基准，J/kg单位单位重量重量流体为衡

11、算流体为衡算基准，基准，J/N=m单位单位体积体积流体为衡算流体为衡算基准，基准，J/m3=Pa第一章第一章第一章第一章第一章第一章 流体流动流体流动流体流动流体流动流体流动流体流动三、机械能衡算方程式（二）三、机械能衡算方程式（二）第三节第三节 流体动力学流体动力学三、柏努利方程三、柏努利方程三、柏努利方程三、柏努利方程三、柏努利方程三、柏努利方程 2、实际流体柏努利方程、实际流体柏努利方程fhpugZWepugZ2222121122机械能的输入机械能的输入=机械能的输出机械能的输出+机械能损失机械能损失（1）以）以单位质量单位质量的流体为衡算基准的流体为衡算基准We：每千克流体获得的机械每

12、千克流体获得的机械能能fh：每千克流体的阻力损失每千克流体的阻力损失（2）以）以单位重量单位重量的流体为衡算基准的流体为衡算基准ghgpguZgWgpguZfe2222121122，令gWHeeghHfffeHgpguZHgpguZ2222121122位压头、动压头、静压头、位压头、动压头、静压头、 压头损失压头损失 He：输送设备对流体所提供的：输送设备对流体所提供的有效压头有效压头 （3）以）以单位体积单位体积流体为衡算基准流体为衡算基准fehpugZWpugZ22221211223 3 3、柏努利方程式的应用、柏努利方程式的应用、柏努利方程式的应用、柏努利方程式的应用、柏努利方程式的应用

13、、柏努利方程式的应用 （1）确定流体的流量）确定流体的流量（2）确定容器间的相对位置）确定容器间的相对位置（3）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率（4）管道内流体的内压强及压强计的指示）管道内流体的内压强及压强计的指示（5）流向的判断）流向的判断 例例例例例例 1-171-171-17（确定输送设备的有效功率）（确定输送设备的有效功率）（确定输送设备的有效功率）（确定输送设备的有效功率）（确定输送设备的有效功率）（确定输送设备的有效功率） 有一用水吸收混合气中氨的常压逆流吸收塔，水由有一用水吸收混合气中氨的常压逆流吸收塔，水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出。泵入口管为水池用离心泵送

14、至塔顶经喷头喷出。泵入口管为1084无缝钢管，管中流量为无缝钢管，管中流量为40m3/h，出口管为，出口管为893.5无缝钢管。池内水深为无缝钢管。池内水深为2m，池底至塔顶，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为喷头入口处的垂直距离为20m。管路的总阻力损失。管路的总阻力损失为为40J/kg，喷头入口处的压强为，喷头入口处的压强为120kPa（表压）。（表压）。设泵的效率为设泵的效率为65%。试求泵所需的功率（。试求泵所需的功率（kW）。）。气气 体体填填 料料20 m2m11224、应用柏努利方程的注意事项、应用柏努利方程的注意事项 （1）作图并确定衡算范围）作图并确定衡算范围 根据题意画出流动系统的根据题意画出流动系统的示意图示意图，并指明流体的流动方，并指明流体的流动方向，定出上下截面，以明确流动系统的衡标范围向，定出上下截面，以明确流动系统的衡标范围（2）截面的选取）截面的选取 两截面都应与流动方向两截面都应与流动方向垂直垂直，并且两截面的流体必须是，并且两截面的流体必须是连续的，所求得未知量应在两截面或两截面之间连续的，所求得未知量应在两截面或两截面之间（3）基准水