化工原理课件1液体流动.ppt

1、1.流体流动，化学工程原理，1.1概述1.2流体静力学1.3流体流动中的守恒原理1.4流体流动的内部结构1.5阻力损失1.6流体输送管道的计算1.7流速和流量的测量1.8非牛顿流体的流动(略)，1.1概述，1.1.1流体流动的研究方法1.1.2流体流动中的力1.1.3流体流动中的机械能，1。流体流动，返回，1.1.1流体流动的调查方法，问题推导：1。为什么研究流体流动？流体流动规律是本课程的重要基础，主要涉及以下三个方面：(1)流动阻力和流量的计算；(2)流动对传热、传质和化学反应的影响；(3)流体的混合效应；(2)流体流动研究的内容是什么？流体流动的宏观规律和内部结构。3.用什么方法来研究流

2、体流动的宏观规律？力-运动-能量，即力分析、运动描述和能量分布。1。流体流动，1.1.1流体流动的调查方法，1。连续假设)1。为什么流体应该被视为连续性？原因：气体和液体统称为流体。流体由大量单分子组成，它们之间有一定的间隙。不同的研究方法对流体流动有不同的理解。在流动规律的研究中，感兴趣的不是单个分子的微观运动，而是流体的宏观力学运动，因此可以假设流体在空间中流动为连续分布。在物理化学(气体分子运动理论)中，研究单个分子的微观运动。分子运动是随机的、不规则的和混乱的，有时会有分子通过或不通过某个方向。因此，这种研究方法认为，流体是一种不连续的介质，待处理的运动是一种随机运动，问题将非常复杂。

3、1。流体流动，1.1.1流体流动的调查方法，2。如何将其视为连续的(假定的内容)？调查对象：以流体颗粒代替单分子作为最小的调查对象。流体颗粒(胶束)是指含有大量分子的流体胶束，其尺寸比设备的尺寸小得多，但比分子自由程大得多，即足够大和足够小。流体是由大量粒子组成的连续介质，粒子之间没有间隙，完全填满了被占据的空间。注：这一假设在大多数情况下是合适的，但在高真空稀薄气体的情况下就不正确了。1.流体流动，1.1.1流体流动的调查方法，2。运动描述方法拉格朗日方法和欧拉方法1。拉格朗日方法：选择一个流体粒子，跟踪观察它，描述它的运动参数(位移、速度等)之间的关系。)和时间。即同一粒子在不同时期的运动

4、状态(跟踪法。)2。欧拉方法：观察流体粒子在固定空间位置的运动，直接描述空间各点各相关参数分布随时间的变化。例如，对于速度u，它可以描述如下：1。流体流动，这说明欧拉法是不同粒子在一定空间内同时运动的状态(检查点法)。1.1.1流体流动的研究方法，3。它们的应用场合：拉格朗日方法适用于所研究的任何一点都遵循一般规律的问题。一般来说，描述流动时使用欧拉方法。对于稳定流动来说尤其如此。三、稳流空间，每个粒子的运动不随时间变化，这叫稳流。1.流体流动，1.1.1流体流动的调查方法，4。两种调查方法的比较。流线和轨迹轨迹：某个粒子的运动轨迹(拉格朗日方法的结果)。流线：同一瞬间不同粒子的速度方向(欧拉

5、方法的结果)。如右图所示，流线上的四个箭头分别代表同时处于四个不同空间位置的四个流体粒子。1.流体流动，流线的两个重要属性。每条流线都是一个具有粒子大小的点，而不是真正几何意义上的点。1.1.1流体流动的检查方法。2.系统和控制系统：它是一个包含许多流体粒子的集合(拉格朗日方法用于检查流体。控制体：定义了一个固定的空间体积，构成控制体的空间接口称为控制平面，它始终是一个封闭的固定接口。1.流体流动，系统，控制体，控制面，1.1.1流体流动的研究方法，概要：研究方法的选择：固体粒子运动的拉格朗日方法，流体流动的欧拉方法，1。流体流动，回流，1.1.2流体流动中的力，1。类别1。体积力(质量力)例

6、如，在重力场中运动的流体的重力是一种体积力，Fmg。重力和离心力是典型的体积力。2.表面力内耗表面力与流体的表面积成正比。如果你取流体中的任何一个小平面，作用在它上面的表面力可以分为压力p和剪切力。1。1.1.2流体流动中的力，垂直于表面的力p，称为压力。单位面积的压力叫做压力。流体流动，平行于表面的力叫做剪切力。单位面积的剪切力称为剪应力。注：许多国内教科书习惯上称之为压力。1.1.2流体流中的力，2。粘度和内耗1。粘度宏观上代表内耗。2.粘度的物理本质：分子间吸引和分子运动和碰撞。3.牛顿粘度定律，1。流体流量、流体粘度；法向速度梯度，1.1.2流体流中的力，3。流体和固体在机械性能上的两

7、个差异(一般理解)1。固体表面的剪切应力变形(角变形)和流体内部的剪切应力变形率(角变形率)(见下图)，1。流体流动，因为流体在剪切应力下的变形是无止境的，只要力存在，只有剪切应力和变形速度(即变形速率)之间的关系才能建立。牛顿粘性定律就是这样一种关系。公式中的速率梯度为剪切速率、变形速率和单位：国际单位制：全球通用制：厘泊运动粘度。国际单位制的单位是平方米/秒粘度，也称为动态粘度。液体：f(t)，与压力p、温度t、水(20)、cP无关，记住油的粘度可以达到几十到几百cP。静态流体不能承受剪切应力(甚至很小的剪切应力)和抵抗剪切变形。固体能够承受很大的剪切应力并抵抗剪切变形。4.流体1的剪切应

8、力和动量传递。粘度物理参数之一，1。流体流动，输送原油的加热目的？气体：f(p)与t在p40大气压、温度p、1.1.2流体流中的力无关，2。牛顿流体和遵循牛顿粘度定律的非牛顿流体被称为牛顿流体(大部分类似于水和空气)。本章主要研究牛顿流体的流动规律。不遵守牛顿粘度定律的流体称为非牛顿流体。非牛顿流体(血液、牙膏等)之间的关系见本章第8节。)和速度梯度。3.粘性流体和理想流体0，流体是非粘性的(理想流体，如下图所示，实际上不存在)，1。流体流动和回流，1.1.3流体流动中的机械能，1。内能是储存在液体中的能量，由于原子和分子之间的运动和相互作用而存在。因此，液体的内能与其状态有关。内能主要取决于

9、液体的温度，而液体压力的影响可以忽略不计。每单位质量流体的内能，单位为焦耳/千克。势能在重力场中，液体的能量高于某一参考水平称为液体的势能。当液体处于距基准面1的高度时的势能。当流体被Z从基准面提升时，流体流动，也就是Z，相当于重力对液体所做的功.每单位质量流体的势能gz，1.1.3流体流动中的机械能，和3。动能流体由于运动而拥有的能量称为动能。1.流体流量，每单位质量流体的动能4。压力能当流体逆着压力从低压流向高压时，流体获得的能量称为压力能。1.1.3流体流动中的机械能(势能、动能和压力能)可以转化为流体的热能或内能。然而，在流体流动过程中，热量和内能不能直接转化为流体输送的机械能。机械能

10、损失和内耗。1.流体流动，回流，1.2流体静力学。本部分将回答以下问题：1 .静力学研究什么？2.什么方法用于研究？3.主要结论是什么？4.这些结论有什么作用？1.流体流动，1.2流体静力学，1.2.1空间静压分布1.2.2压力能和势能1.2.3压力的表达方法1.2.4静压测量方法1。流体流动和回流，1.2.1空间1中的静压分布。补充内容：密度的概念和影响因素如果表示流体上某一点的密度，则为：2。影响因素，液体，1.2.1空间静压分布，气体，1。流体流动，2。流体静力学基本方程，1。静压，空间中的每个点。如下图所示，作用在立方流体微元上的力有两种，即表面力和体积力。1.2.1空间静压分布。流体

11、流量，x，1.2.1空间静压分布，表面力，1。流体流量，abcd表面压力(n):a/b/c/d/表面压力(n):体积力，设X(N/Kg)为单位质量流体在X方向上的体积力的分量，则在X方向上的微型元件上的体积力的分量为，流体处于静止状态，外力之和必须等于零。对于x方向，有：1.2.1静压力在空间的分布，与x方向相同的力标有，相反，标有 。1。流体流动，将上述公式的两边分开得到：1.2.1空间中静压力的分布。如果欧拉平衡方程将微元流体移动D1距离，则该距离到x、y和z轴的分量是dx、dy和d z。将上述等式分别乘以dx、dy和dz，然后将它们相加得到：1。流体流动3。平衡方程在重力场中的应用如果流

12、体上的体积力只是重力，并且Z轴的方向与重力方向相反，那么：1。流体流动时，将这个方程代入流体平衡的一般表达式是：让流体不可压缩，即密度与压力无关，上述方程可以积分得到：1.2.1空间中静压的分布，对于静态流体中的任意两点1和2，物理意义：压力能势能=常数，总势能保持不变。1.2.1空间静压分布，补充内容：静压方程1的适用范围和等压面。适用于重力场中同类静态和连续不可压缩流体；2.在同一类型的静态连续流体中，同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的表面称为等压面；3.压力是可传递的：当液面以上的压力变化时，液体中各点的压力也会相应地变化。也就是说，压力可以传递，这是巴斯噶定理；4.如果记住，它

13、被称为广义压力，它代表单位体积静态流体的总势能(即静态压力能p和势能gz之和)，静态流体所有部分的总势能相等。因此，流体的位置越高，其势能越大，其静压能越小。，1。流体流动，1.2.1空间静压分布，5。不同的平衡基础，不同的方程形式。1.流体流量、压力或压差的大小可以用某种液体的液柱高度来表示，但必须注明是哪种液体。例如mmHg、mH2O。所有项目都用密度和g除，这可以通过进一步简化得到：1.2.1空间静压分布；6.等压面的判定等压面的条件：等高、水平面、均匀、连续、不可压缩流体、静态和重力场。请判断下列哪一个是等压面。1。流体流动、回流、1.2.2压力能和势能、1。流体流动，物理意义：压力能

14、和势能=常数，总势能保持不变。1.2.2压力能和势能，即连续、静态和不可压缩的同类流体，总势能保持不变。1。流体流量，即压头的压头=常数推断：1。静压与其深度成线性关系。2.轮廓平面等于压力平面。1.2.3压力的表达方法。压力的定义和单位1。定义垂直作用在单位面积上的表面力称为流体静压。工程界习惯上称之为压力。2.单位是国际单位制，压力单位是帕斯卡，用帕表示。然而，习惯上使用其他单位，它们之间的转换关系如下：1。流体流量，1大气压=1.033千克力/平方厘米=760毫米汞柱=10.33毫水柱=1.0133巴=1.0133105帕，1.2.3压力的表达方法；2.压力的表示方法是用液柱的高度来表示

15、的：水表水柱()。第三，压力参考压力有不同的测量标准：绝对压力、表压和真空度。绝对压力从绝对零压力计算的压力是流体的真实压力。表压表上的读数表明被测流体的绝对压力高于大气压力，即：表压绝对压力大气压力真空计上的读数表明被测流体的绝对压力低于大气压力，即：真空度大气压力绝对压力=-表压，1。流体流量，1.2.3压力、绝对压力、表压的表达方法，真空度之间的关系如下图所示：1。1.2.4流体流动、回流、动画、压力的静态测量方法，以及流体静力学原理被广泛应用，它是通讯装置和液柱差压计工作原理的基础，也用于测量容器中的液柱、液体密封装置、不混溶液体的重力分离(滗水器)等。解决问题的基本点是正确确定等压面。本节介绍其在测量液体压力和确定液封高度方面的应用。1.压力测量有许多测量压力的仪器。目前，只介绍了基于流体静力学基本方程的压力测量仪液柱差压计。液柱差压计可以测量流体中某一点的压力，也可以测量两点之间的压差。有几种常见的液柱差压计。1。流体流量，1.2.4静压测量法，普通U型管差压计，倒置U型管差压计，倾斜U型管差压计和毫秒差压计。1。流体流量，普通液柱差压计，P0，P0，0，P1，p2，r，a，b，1。普通u型管差压计的u型管中，位于同一水平面上的a点和b点处于同一种相互连通的静压流体中，如果被测流体为1.2.4静压测量法，则两点的静压相等。流体流量，1.2.4静态压力测量方法，2。单管