第3章 流体的流动过程及流体输送设备教案精选.docVIP

第3章 流体的流动过程及流体输送设备 化工生产中处理的物料，大多数是流体，其过程大部分是在流动条件下进行。流体的流动和输送是必不可少的单元操作。研究流体的流动和输送主要解决以下问题: ①确定输送流体所需管径。管径由生产任务及被输送流体在流动过程的物料和能量衡算决定； ②确定输送流体所需能量和设备。根据流体的性质、输送的距离和管路阻力等，计算所需的能量，选择合适的输送设备； ③流体性能参数的测量和控制。监控生产过程，准确而及时地测量流体流动时的各参数，选用可靠而准确的测量和控制仪表； ④研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供依据。观察流动形态，选用合适设备； ⑤了解输送设备的工作原理和性能，正确使用输送设备。 3.1 基本概念 流体在输送过程中，受管径大小、粗糙度等的影响，又要考虑输送设备的功率，需要的能量等，要研究流体流动过程的基本规律，了解流体的一些基本性质。 1．密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，表达式为： ρ=m/V 流体的密度随温度和压力的变化而变化。压力对液体的密度影响很小，故常将液体称为不可压缩流体。 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。在温度不太低和压力不太高时，气体密度近似用理想气体状态方程计算，即： =pM/RT (3—2) 在生产中遇到的流体，往往是混合物。对液体混合物，各组分的浓度用质量分数表示。设各组分在混合前后其体积不变，则混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和，即 1/m＝w1／1＋w2／2＋…＋wn／n (3－3) 式中1，2，…，n——各纯组分液体的密度，kg·m-3； w1，w2，…，wn——各组分液体的质量分数。 对气体混合物，各组分的浓度常用体积分数表示。设各组分在混合前后的质量不变，则混合气体的质量等于各组分的质量之和，即 m=11+22+贩 +n n (3—4) 式中1，2，…，n——各纯组分的密度，kg·m-3； 1, 2, …n——各组分的体积分数。 2．比体积 单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，以υ表示，它与流体的密度互为倒数，即 υ=1/ (3－5) 3．压力 流体垂直作用于单位面积上的力称为压力，又称为流体的压力或压强，表达式为： P =F／A (3一6) 压力的单位Pa(Pascal，帕)，即N·m-2， kg·m-1·S-2。 习惯使用的压力单位，标准大气压(atm)、工程大气压(kgf cm-2记为at)、毫米汞柱(mmHg)和米水柱(mH2O)等，换算关系： l atm＝760mmHg＝1.01325×105Pa＝10.33mH2O＝1.033kgf·㎝-2 压力有两种不同的表达方式。一是绝对压力，即以绝对零压为起点而计量的压力；另一是表压或真空度，即以大气压力为基准而计量的压力，当被测容器的压力高于大气压时，所测压力称为表压，当测容器的压力低于大气压时(工程上称为负压)，所测压力称为真空度。 压力的换算关系 表压=绝对压力-大气压力 真空度＝大气压力-绝对压力  大气压力不是固定不变的，随着大气温度、湿度以及所在地区的海拔高度的变化而变化。为了避免绝对表压力和真空度混淆，对表压力和真空度均应加以标注。 4．流量和流速 单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1；若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号qm表示，其单位为kg·s-1。若流体量用物质的量表示，称为摩尔流量，以符号qn表示，其单位为mol·s-1。体积流量和质量流量的关系为： qm=qV 质量流量与摩尔流量的关系为 qm＝Mqn 单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离，称为流体的流速，以u表示，单位为 m·s-1。由于流体本身的粘滞性以及流体与管壁之间存在摩擦力，所以流体在管道内同一截面上各点的流速是不相同的。管道中心流速最大，离管中心越远，流速越小，在紧靠管壁处，流速为零。流速是指流道整个截面上的平均流速，以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值表示： u=qV／S 气体的体积流量随温度和压力而变化，气体的流速亦随之而变，但质量并不变化。质量流速的定义是单位时间内流体流经管路