化工原理教案第二章流体流动

授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章绪论教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）了解课程的性质、地位和作用，单元操作与“三传”过程熟悉化工过程物料衡算的基本概念与计算步骤掌握化工过程的构成与特征分类，单元操作的概念，量纲与量纲的一致性教学重点及难点：重点：单元操作的概念、物料、能量衡算的基本概念和步骤。难点：量纲、单位的一致性，物料、能量衡算的步骤。新课导入新课教授授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第二章流体流动第一节概述第二节流体静力学教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）掌握牛顿黏性定律，流体静力学方程；熟悉流体的主要物性（密度、黏度）和压强的定义、单位及换算；了解牛顿型流体和非牛顿型流体；教学重点及难点：重点：流体静力学方程及其应用；难点：对流体黏性的理解和压强的定义及换算；新课教授2.相对密度指流体的密度与某一标准物质的密度之比，3.混合液体的密度（以1kg混合液为基准）（以1m3混合物为基准）1.黏度反映流体发生运动时或存在运动趋势时，抵抗运动或均势的能力。以μ表示，单位Pa·s。2.牛顿黏性定律由于流体具有黏性，运动着的流体内部相邻流动层间存在着方向相反、大小相等的相互作用力，称为流体的内摩擦力（τ）。对一定的流体，内摩擦力与两流体层的速度差成正比；与两层之间的垂直距离成反比。1.压强在流体内部由于流体本身的重力而产生的垂直作用在单位面积上的力称为流体的压强，以p表示，单位N/m22.压强的表达方法（1）绝对压强以绝对真空为基准测得的流体压强（2）表压强用测压仪表以当地大气压为基准测得的流体压强。表压强=绝对压强-大气压强（3）真空度被测流体的绝对压强小于当地大气压强的真空表读数。真空度=大气压强-绝对压强液柱处于静止状态，垂直方向合力为零：静力学基本方程为：2.讨论（1）适用于密度为常数的静止单相连续液体。（2）静止流体内部某处压强仅与所处位置有关，与水平位置无关。（3）液面上方压强改变量能以同样大小传递到液体内部任一点。在容器外边设一个平衡器小室，用一装有指示液A的U管压差计将容器与平衡器连通起来，小室内装的液体与容器内的相同，其液面的高度维持在容器液面允许到达的最大高度处。授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三节流体动力学教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）掌握连续性方程和伯努利方程及其应用；，熟悉流体流量、流速的定义，流体的流动形态；了解圆管内速度的分布；教学重点及难点：重点：对连续性方程和伯努利方程的理解。难点：应用伯努利方程解决工程中的实际计算问题。复习导入1.流量：单位时间内流经管路任一截面的流体量体积流量qvm3/sm3/h质量流量qmkg/skg/hqm=ρqv2.流速：单位时间内流体在流动方向上流过的距离u=qv/A=qm/ρA3.流量和流速——流量方程式qv=uA；qm=uρA稳定流动系统中，流入任一控制体的流体质量必然等于流出控制体的流体质量。1121122在圆管中流动时：即流速与管径的平方成反比。1.流体自身的能量（1）位能流体质量中心因偏离基准面而具有的能量。位能=mgz，单位质量流体具有的位能为，单位：J/kg。新课教授（2）动能流体因具有一定的速度所具有的能量。单位质量流体的动能为，单位：J/kg。（3）静压能流体因具有一定的压力而具有的能量。单位质量流体具有的静压能为，单位：J/kg。位能、动能及静压能三种能量均为流体在截面处所具有的机械能，三者之和称为某截面上的总机械能。2.流体与环境交换的热量（1）外功流体与外部机械所交换的能量。用We表示，单位：J/kg。（2）流体阻力由于流体具有粘性，流体流动过程中要克服自身内部质间及其与管路设备间的摩擦力而消耗的能量为流体阻力。单位质量流体的流体阻力用Ef表示，单位为J/Kg。3.伯努利方程的推导如图2-3选截面1-1和2-2之间的管路为控制体，根据能量守恒得：流体在截面1-1处的机械能+输入系统的功=对流体做功流体在截面2-2处的机械能+流体阻力对流体做功伯努利方程1.对伯努利方程的讨论（1）理想流体理想流体由于不具有黏性，因而在流动过程没有摩擦力，没有能量损失，没外加功，伯努利方程可写成：此式表明，理想流的体机械能是守恒的。任一截面上单位质量流体的位能、动能、静压能之和（总机械能）为一常数。（2）静止流体流体处在静止状态，无外加能量和能量损失，伯努利方程可写成：流体静力学方程表明静止连续均质的流体内部，位能和静压能之和为常数，并且同一水平面上各点压力相等。其中，z1待求值，Z2＝0，u10，u2＝2.2m/s，ρ＝1050kg/m3，p1表＝0，p2表＝4.05×104Pa，Ef＝25J/Kg，将已知数据代入，解出z1＝6.73m。授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四节管内流动阻力教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）掌握流体在圆形直管内部的阻力和局部阻力及其计算；熟悉非圆形管内阻力的计算和当量直径；了解化工管路的构成；教学重点及难点：重点：流体在直管内的流动阻力的计算；难点：层流时和湍流时的摩擦系数的获取以及局部阻力的计算；复习导入改变管路方向连接支管连接两段管子改变管路的直径（5）堵塞管路新课教授推导后得：直管阻力计算通式（范宁公式）压头损失：其中λ称为摩擦系数，大小与Re及管壁状况有关，通过经验公式或查图表获得。2.层流时摩擦系数层流时摩擦系数计算式：3.湍流时摩擦系数通过Moody摩擦系数图查取，此图反映摩擦系数、雷诺数和管子相对粗糙度（ε/d）之间的关系。（1）层流区当Re<2000时，λ与Re为直线关系，与相对粗糙度无关。（2）过渡区Re=2000-4000，常作湍流处理。（3）湍流区Re>4000，λ不仅和Re有关，还和管壁相对粗糙度有关。（4）完全湍流区λ仅与管壁相对粗糙度有关，与Re无关。柏拉修斯公式（光滑管）：4.非圆管的当量直径deζ为局部阻力系数，其值可通过查表获得。2.当量长度法把流体通过某一局部元件所造成的能量损失折合成一定长度的等径直管（当量长度le）的流体阻力，然后用直管阻力的方法计算局部阻力。1.2授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第五节管路计算教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）掌握简单管路的计算问题；熟悉简单管路、并联管路和分支管路各自的特点；了解简单管路和复杂管路的概念；教学重点及难点：重点：简单管路、并联管路和分支管路各自的特点；难点：简单管路的计算问题复习导入新课教授授课时间第周课次授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验实训课□习题课□其他□课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第六节流量的测定教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）掌握管路中流量和流速的测量原理，流量计的工作原理，性能和计算；熟悉孔板流量计、文丘里流量计和转子流量计的基本结构；了解流量计的优缺点；教学重点及难点：重点：流量计的基本结构、工作原理和性能难点：流量计的基本结构和工作原理新课教授C=0.98----1.0z0=z2（水平管道）（连续性方程）加入修正系数：C1-----测压计的取压点紧靠孔板，其值不能准确表达式中得p0-p2C2-----缩脉的截面大小不易准确测量，采用管道直径d代替d2C3-----流体流经孔板时能量